(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の形状または厚さの情報を測定する干渉計装置であって、
間隔を空けて配置された第１の参照フラットおよび第２の参照フラットであって、対応する第１の平行参照表面および第２の平行参照表面を有し、前記対応する第１の平行参照表面および第２の平行参照表面は、前記基板の配置用の光キャビティを前記第１の参照フラットと前記第２の参照フラットとの間に形成する、第１の参照フラットおよび第２の参照フラットと、
前記参照フラット間の前記キャビティ内に前記基板を配置するように構成された基板ホルダであって、前記配置は、前記基板の第１の表面および第２の表面が、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの対応する第１の参照表面および第２の参照表面に実質的に平行となり、かつ、前記基板の第１の表面または第２の表面が前記第１の参照フラットまたは第２の参照フラットのうち対応する１つから３ミリメートル以下の位置となるように行われる、基板ホルダと、
前記キャビティの対向する両側に配置され、かつ前記キャビティに光学的に結合される第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスであって、前記第１の干渉計および第２の干渉計はそれぞれ、前記基板の前記第１の表面および第２の表面と、前記第１の参照表面および第２の参照表面との間の間隔の変動をマッピングするように動作可能であり、前記マッピングは、前記キャビティに光学的に結合された光が前記キャビティを出入りすることによる干渉を通じて、前記第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスによりそれぞれ行われる、第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスと、
を含み、
前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのサイズは、前記基板の第１の表面または第２の表面の一部が前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複しないような、前記基板よりも小さなサイズであり、前記装置は、
前記基板の第１の表面または第２の表面のうち、前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複していない部位に近接する少なくとも１つの減衰プレートであって、前記少なくとも１つの減衰プレートは減衰表面を有し、前記減衰表面は、前記基板ホルダが前記基板を前記キャビティ内に配置した際に、前記基板の第１の表面または第２の表面に対して実質的に平行となるように構成される、少なくとも１つの減衰プレートと、
前記減衰プレートに接続された位置決め機構であって、前記位置決め機構は、前記減衰表面が前記基板の第１の表面または第２の表面から３ミリメートル以下の位置となるように前記減衰プレートを位置決めするように動作可能である、位置決め機構と、
をさらに含み、
前記少なくとも１つの減衰プレートは、第１の減衰プレートおよび第２の減衰プレートを含み、前記第１の減衰プレートは、前記基板の前記第１の表面の一部であって、前記第１の参照表面と重複しない一部と重複し、前記第１の減衰プレートは、前記第１の参照表面に対して平行に配向された第１の減衰表面を有し、前記第２の減衰プレートは、前記基板の前記第２の表面の一部であって、前記第２の参照表面と重複しない一部と重複し、前記第２の減衰プレートは、前記第２の参照表面に対して平行に配向された第２の減衰表面を有する、装置。
【請求項２】
第１のインターフェログラム検出器および第２のインターフェログラム検出器と、前記基板の厚さ変動を決定するために、前記第１のインターフェログラム検出器および第２のインターフェログラム検出器の出力を受信するように接続された少なくとも１つのコンピュータとをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットは、前記基板について大型視野が得られる寸法である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスはフィゾー干渉計である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスに光学的に結合された１つ以上の光源をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記１つ以上の光源は、複数の波長の光を生成するように構成された光源を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記１つ以上の光源は、白色光源を１つ以上含む、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記１つ以上の光源は、照明器と、前記照明器と前記第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスとの間にそれぞれ接続された第１の光ファイバーおよび第２の光ファイバーとを含む、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記基板ホルダは、前記基板を受け入れるように適合された開口フレームおよび前記フレームに取り付けられた２つ以上のエッジホルダを含み、前記２つ以上のエッジホルダは、そのエッジによって前記基板を保持するように適合される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記エッジホルダは、前記参照フラットの前記第１の参照表面と前記第２の参照表面との間の間隙内に嵌るサイズにされる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記基板ホルダは、前記参照フラット間の前記キャビティ内に前記基板を配置するように構成され、前記配置は、前記基板の第１の表面および第２の表面が前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの対応する第１の参照表面および第２の参照表面に実質的に平行であり、かつ、前記基板の第１の表面または第２の表面が前記第１の参照フラットまたは第２の参照フラットのうち対応する１つから２ミリメートル以下の位置となるように行われる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記基板ホルダは、前記参照フラット間の前記キャビティ内に前記基板を配置するように構成され、前記配置は、前記基板の第１の表面および第２の表面が前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの対応する第１の参照表面および第２の参照表面に実質的に平行であり、かつ、前記基板の第１の表面または第２の表面が前記第１の参照フラットまたは第２の参照フラットのうち対応する１つから１ミリメートル以下の位置となるように行われる、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記位置決め機構は、前記基板ホルダが前記基板を前記第１の参照表面と前記第２の参照表面との間に配置できる距離を以て、前記減衰プレートを前記基板の第１の表面または第２の表面に対して垂直に移動させることができる、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記位置決め機構は、前記第１の減衰プレートに接続された第１のアクチュエータおよび前記第２の減衰プレートに接続された第２のアクチュエータを含み、前記第１のアクチュエータは、前記第１の減衰表面が前記基板の第１の表面から２ミリメートル以下の位置となるように前記第１の減衰プレートを位置決めするように動作可能であり、前記第２のアクチュエータは、前記第２の減衰表面が前記基板の前記第２の表面から２ミリメートル以下の位置となるように前記第２の減衰プレートを位置決めするように動作可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記少なくとも１つの減衰プレート、前記基板ホルダならびに前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットは、前記参照フラットの中心が前記少なくとも１つの減衰プレートの中心および前記基板の中心から外れた様態において配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記基板のエッジは、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのエッジに近接して配置される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの直径は、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際に前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットが前記基板のエッジおよび中心を含む前記基板の一部と重複する直径である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記基板ホルダは、前記基板が前記光キャビティ内に配置されている間、前記参照表面に対して垂直でありかつ前記参照フラットの対称軸から中心が外れた軸周囲において前記基板を回転させるように構成され、あるいは、前記基板ホルダは、前記基板が前記光キャビティ内にある間、前記参照表面に平行な方向に沿って前記基板を平行移動させるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
基板の形状または厚さの情報を測定するための方法であって、
第１の干渉計チャンネルおよび第２の干渉計チャンネル内の第１の参照フラットと第２の参照フラットとの間に形成された光キャビティ内に基板を配置して、前記基板の第１の試験表面および第２の試験表面をマッピングするステップであって、前記マッピングは、前記基板の第１の表面および第２の表面が前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの対応する第１の参照表面および第２の参照表面に実質的に平行であり、かつ、前記基板の第１の表面または第２の表面が前記第１の参照フラットまたは第２の参照フラットのうち対応する１つから３ミリメートル以下の位置となるように行われる、ステップと、
前記第１の干渉計チャンネルまたは第２の干渉計チャンネルを用いて前記キャビティを形成する参照表面のキャビティ特性を測定するステップと、
前記干渉計チャンネル内に第１の位相シフトを設けて、少なくとも前記基板の第１の試験表面および第２の試験表面の一部をマッピングするステップと、
第２の位相シフトを設けて、前記参照表面のキャビティ特性を測定するステップと、
前記第１の試験表面および第２の試験表面ならびに前記キャビティ特性の干渉計マップから、前記基板の形状または厚さの情報を決定するステップと、
を含み、
前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのサイズは、前記基板の第１の表面または第２の表面の一部が前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複しないような、前記基板よりも小さなサイズであり、前記方法は、
前記基板の第１の表面または第２の表面のうち、前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複していない部位に近接して、少なくとも１つの減衰プレートを位置決めするステップであって、前記少なくとも１つの減衰プレートは、前記第１の参照表面または第２の参照表面に平行に配向された減衰表面を有し、前記減衰プレートは、前記減衰表面が前記基板の第１の表面または第２の表面から３ミリメートル以下の位置となるように位置決めされるステップ、
をさらに含む、方法。
【請求項２０】
前記第１の位相シフトまたは第２の位相シフトを提供するステップは、前記参照表面のうちの１つと、前記試験表面のうちの対応する１つとの間の相対距離を変化させるステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記形状または厚さの情報は、前記基板の厚さ変動を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の位相シフトまたは第２の位相シフトを提供するステップは、前記第１の干渉計チャンネルまたは第２の干渉計チャンネルにおいて用いられる光の波長を変化させるステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
形状または厚さの情報は、前記基板の絶対厚さを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板の第１の表面または第２の表面は、前記第１の参照フラットまたは第２の参照フラットのうち対応する１つから２ミリメートル以下の位置となる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記基板の第１の表面または第２の表面は、前記第１の参照フラットまたは第２の参照フラットのうち対応する１つから１ミリメートル以下の位置となる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の参照表面と前記第２の参照表面との間に形成された前記キャビティ内に前記基板を配置する前に、前記基板ホルダが前記基板を前記第１の参照表面と前記第２の参照表面との間に配置するのに十分な距離だけ、前記減衰プレートを前記基板の第１の表面または第２の表面に対して垂直に移動させるステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの減衰プレートは、第１の減衰プレートおよび第２の減衰プレートを含み、前記第１の減衰プレートは、前記基板の前記第１の表面の一部であって、前記第１の参照表面と重複しない一部と重複し、前記第１の減衰プレートは、前記第１の参照表面に対して平行に配向された第１の減衰表面を有し、前記第２の減衰プレートは、前記基板の前記第２の表面の一部であって、前記第２の参照表面と重複しない一部と重複し、前記第２の減衰プレートは、前記第２の参照表面に対して平行に配向された第２の減衰表面を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの減衰プレートを位置決めするステップは、前記第１の減衰表面が前記基板の第１の表面から３ミリメートル以下の位置となるように前記第１の減衰プレートを位置決めするステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの減衰プレートを位置決めするステップは、前記第２の減衰表面が前記基板の前記第２の表面から３ミリメートル以下の位置となるように、前記第２の減衰プレートを位置決めするステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記参照フラットの中心は、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記少なくとも１つの減衰プレートの中心および前記基板の中心から外れる、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
前記基板のエッジは、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのエッジに近接して配置される、請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの直径は、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際に、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットが前記基板のエッジおよび中心を含む前記基板の一部と重複する直径である、請求項１９に記載の方法。
【請求項３３】
前記参照表面に対して垂直でありかつ前記参照フラットの対称軸から中心が外れた軸周囲において前記基板を回転させるステップと、前記基板が前記光キャビティ内にある際に前記第１の試験表面および第２の試験表面の異なる部位を干渉マッピングするステップとをさらに含むか、または、前記参照表面に平行な方向に沿って前記基板を平行移動させるステップと、前記基板が前記光キャビティ内にある際に前記第１の試験表面および第２の試験表面の異なる部位を干渉マッピングするステップとをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項３４】
前記基板を回転させるステップは、前記基板が前記光キャビティ内にある様態でその中心周囲において前記基板を回転させるステップを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
干渉計システムであって、
間隔を空けて配置された第１の参照フラットおよび第２の参照フラットであって、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットは、対応する第１の平行参照表面および第２の平行参照表面を有し、前記対応する第１の平行参照表面および第２の平行参照表面は、光キャビティを形成し、前記光キャビティのサイズは、前記対応する第１の平行参照表面と第２の平行参照表面との間の基板を受け入れるようなサイズにされ、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットサイズは、前記基板の第１の表面または第２の表面の一部が前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複しないように、前記基板よりも小さなサイズにされ、第１の参照フラットおよび第２の参照フラットと、
前記基板の第１の表面または第２の表面のうち、前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複していない部位に近接して配置された少なくとも１つの減衰プレートであって、前記少なくとも１つの減衰プレートは減衰表面を有し、前記減衰表面は、前記基板が前記キャビティ内にある際、前記基板の第１の表面または第２の表面に対して平行に配置されるように構成される、少なくとも１つの減衰プレートと、
前記減衰プレートに接続された位置決め機構であって、前記位置決め機構は、前記減衰表面が前記基板の第１の表面または第２の表面から３ミリメートル以下の位置となるように前記減衰プレートを位置決めするように動作可能である、位置決め機構と、
前記キャビティの直径方向において対向する両側に配置されかつ前記キャビティに光学的に結合された第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスであって、前記第１の干渉計および第２の干渉計は、前記基板の前記第１の表面および第２の表面と、前記第１の参照表面および第２の参照表面との間の間隔の変動をマッピングするようにそれぞれ動作可能であり、前記マッピングは、前記キャビティに光学的に結合された光が前記キャビティを出入りすることによる干渉を通じて、前記第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスによりそれぞれ行われる、第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスと、
を含み、
前記少なくとも１つの減衰プレートは第１の減衰プレートおよび第２の減衰プレートを含み、前記第１の減衰プレートは、前記基板の前記第１の表面の一部であって、前記第１の参照表面と重複しない一部と重複し、前記第１の減衰プレートは、前記第１の参照表面に対して平行に配向された第１の減衰表面を有し、前記第２の減衰プレートは、前記基板の前記第２の表面の一部であって、前記第２の参照表面と重複しない一部と重複し、前記第２の減衰プレートは、前記第２の参照表面に対して平行に配向された第２の減衰表面を有する、システム。
【請求項３６】
前記基板の第１の表面および第２の表面が前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの対応する第１の参照表面および第２の参照表面と実質的に平行になるように、前記参照フラット間の前記キャビティ内に前記基板を配置するように構成された基板ホルダをさらに含む、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記位置決め機構は、前記基板ホルダが前記基板を前記第１の参照表面と前記第２の参照表面との間に配置するのに十分な距離だけ、前記減衰プレートを前記基板の第１の表面または第２の表面に対して垂直方向へと移動させるように動作可能である、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記位置決め機構は、前記第１の減衰プレートに接続された第１のアクチュエータおよび前記第２の減衰プレートに接続された第２のアクチュエータを含み、前記第１のアクチュエータは、前記第１の減衰表面が前記基板の第１の表面から２ミリメートル以下の位置となるように前記第１の減衰プレートを位置決めするように動作可能であり、前記第２のアクチュエータは、前記第２の減衰表面が前記基板の前記第２の表面から２ミリメートル以下の位置となるように前記第２の減衰プレートを位置決めするように動作可能である、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの減衰プレートならびに前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットは、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記参照フラットの中心が前記少なくとも１つの減衰プレートの中心および前記基板の中心から外れるように、配置される、請求項３５に記載のシステム。
【請求項４０】
前記基板のエッジは、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのエッジに近接して配置される、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの直径は、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットが前記基板のエッジおよび中心を含む前記基板の一部と重複する直径である、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４２】
前記基板が前記光キャビティ内に配置されている間、前記少なくとも１つの減衰プレートの面に平行な面において前記基板を移動させるように構成された基板ホルダをさらに含む、請求項３５に記載のシステム。
【請求項４３】
前記基板ホルダは、前記少なくとも１つの減衰プレートの前記面に平行な１つ以上の方向において前記基板を平行移動させるように構成される、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記基板ホルダは、前記少なくとも１つの減衰プレートの面に対して平行な面に対して垂直な軸周囲において前記基板を回転させるように構成される、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４５】
基板の形状または厚さの情報を測定するための方法であって、
ａ）第１の干渉計チャンネルおよび第２の干渉計チャンネル内の第１の参照フラットと第２の参照フラットとの間に形成された光キャビティ内に基板の第１の部位を配置して、前記基板の第１の試験表面および第２の試験表面をマッピングするステップであって、前記マッピングは、前記基板の第１の表面および第２の表面が前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの対応する第１の参照表面および第２の参照表面と実質的に平行な様態で行われ、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのサイズは、前記基板の第１の表面または第２の表面の一部が前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複しないように、前記基板よりも小さいサイズである、ステップと、
ｂ）前記基板の第１の表面または第２の表面のうち、前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複していない部位に近接して少なくとも１つの減衰プレートを位置決めするステップであって、前記少なくとも１つの減衰プレートは、前記第１の参照表面または第２の参照表面に平行に配向された減衰表面を有し、前記減衰プレートは、前記減衰表面が前記基板の第１の表面または第２の表面から３ミリメートル以下の位置となるように位置決めされる、ステップと、
ｃ）前記第１の干渉計チャンネルまたは第２の干渉計チャンネルを用いて前記キャビティを形成する参照表面のキャビティ特性を測定するステップと、
ｄ）前記干渉計チャンネル内に第１の位相シフトを設けて、前記基板の第１の試験表面および第２の試験表面の第１の部位の第１の干渉計マップを得るステップと、
ｅ）第２の位相シフトを設けて、前記参照表面のキャビティ特性を測定するステップと、
ｆ）前記基板を移動させて、前記基板の第２の部位を前記光キャビティ内に配置するステップと、
ｇ）ｄ）およびｅ）を繰り返して、前記基板の第１の試験表面および第２の試験表面の第２の部位の第２の干渉計マップを得るステップと、
ｈ）前記第１の干渉計マップおよび第２の干渉計マップをつなぎ合わせるステップと、
ｉ）前記第１の干渉計マップおよび第２の干渉計マップならびに前記キャビティ特性から、前記基板の形状または厚さの情報を決定するステップと、
を含み、
前記少なくとも１つの減衰プレートは、第１の減衰プレートおよび第２の減衰プレートを含み、前記第１の減衰プレートは、前記基板の前記第１の表面の一部であって、前記第１の参照表面と重複しない一部と重複し、前記第１の減衰プレートは、前記第１の参照表面に対して平行に配向された第１の減衰表面を有し、前記第２の減衰プレートは、前記基板の前記第２の表面の一部であって、前記第２の参照表面と重複しない一部と重複し、前記第２の減衰プレートは、前記第２の参照表面に対して平行に配向された第２の減衰表面を有する、方法。
【請求項４６】
前記少なくとも１つの減衰プレートを位置決めするステップは、前記第１の減衰表面が前記基板の第１の表面から３ミリメートル以下の位置となるように前記第１の減衰プレートを位置決めするステップを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記少なくとも１つの減衰プレートを位置決めするステップは、前記第２の減衰表面が前記基板の前記第２の表面から３ミリメートル以下の位置となるように前記第２の減衰プレートを位置決めするステップをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記参照フラットの中心は、前記少なくとも１つの減衰プレートの中心および前記基板の中心から外れる、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記基板のエッジは、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのエッジに近接して配置される、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの直径は、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットが前記基板のエッジおよび中心を含む前記基板の一部と重複する直径である、請求項４５に記載の方法。
【請求項５１】
ｆ）は、前記参照表面に対して垂直でありかつ前記参照フラットの対称軸から中心が外れた軸周囲において前記基板を回転させるステップを含むか、または、前記参照表面に対して平行な方向に沿って前記基板を平行移動させるステップを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５２】
前記第１の干渉計マップおよび第２の干渉計マップは重複する、請求項４５に記載の方法。
【請求項５３】
前記基板は半導体ウェーハである、請求項４５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製作に主に関し、より詳細には、半導体基板の形状および厚さの変動の測定における干渉法の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
干渉法は、光路における変動に起因する位相シフトを測定する光学技術である。典型的には、プローブビームを部分に分割し、これらの部分を２つの異なる経路を通じて送り、そのうち１つの部分（プローブビームと呼ぶ）は対象サンプルを含む経路内を移動し、他方の部分（参照ビームとも呼ぶ）は、当該サンプルを含まない経路内を移動する。プローブビームが当該サンプルと相互作用し、参照ビームが当該サンプルと相互作用しなかった後、これら２つのビームを再度組み合わせる。これら２つのビームの異なる光路長さに起因する干渉を、感光検出器によって検出することができる。
【０００３】
干渉法は、比較的小さな距離変化（例えば、干渉計において用いられる光波長のオーダーの距離変化）の測定用途において、多く用いられる。干渉法は、プローブビームをサンプルから反射させることにより、実施することができる。このような反射は、垂直入射においてまたは斜入射において、行うことができる。垂直入射干渉法の場合、高反射率表面が必要となる。これは、ある種のサンプルの場合において非実際的である。これとは対照的に、斜入射干渉法の場合、極めて粗い表面（例えば、名刺程度の粗さの表面）上での実施が可能である。そのため、斜入射干渉法は、垂直入射干渉法の場合よりもより多様なサンプルに対して利用することが可能である。
【０００４】
ウェーハの両側の表面高さおよび厚さの変動の測定を高速かつ正確に行うための垂直入射干渉法の一例について、米国特許第６，８４７，４５８  Ｂ２号（２００５年１月）およびＳＰＩＥ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，ａｎｄ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＩＩＩ、Ｎｏ．６６７２−１、サンディエゴ、米国、２００７年８月）中に記載があり、本明細書中、同文献双方全体を参考のため援用する。同文献中に記載されている技術では、２つの位相シフトフィゾー干渉計を組み合わせて、ウェーハの各側と対応する参照フラットとの間の２つの片面距離マップを同時に入手し、これらのデータと、２つの参照フラット間の較正距離マップとからウェーハの厚さの変動および形状を計算する。この技術の場合、システムがウェーハ振動を感知できる程度に参照プレート（単数または複数）をウェーハの極めて近隣に配置することができないため、時間コヒーレンス長さが短い光源を用いることができない。
【０００５】
残念なことに、斜入射干渉法の場合、長いビーム経路が必要である。斜入射干渉法において用いられる光源の場合、コヒーレンス長さが数ミリメートル（例えば、約３ミリメートル）であることが多い。そのため、斜入射干渉法は、ビーム経路における振動および熱変動に対して高い感受性を有する。熱変動については、多様な温度安定化技術によって対処することができるものの、振動については、低周波数（例えば、１００Ｈｚ以下）においては特に対処するのが困難である。その上、米国特許第６，８４７，４５８号に記載の装置の場合、光学コンポーネント（例えば、参照フラットおよびコリメータ）をウェーハの直径よりも大きくする必要がある。このような要求に起因して、特に直径の大きなウェーハ（例えば、直径が４５０ミリメートルのウェーハ）において、システムが高価となる。
【０００６】
米国特許第７，００９，６９６  Ｂ２号（２００６年３月７日）および米国特許第７，０５７，７４１  Ｂ２号（２００６年３月７日）（本明細書中、同文献双方全体を参考のため援用する）中に記載されている別の干渉法技術の場合、ウェーハの両側の表面高さおよび厚さ変動の測定が可能である。この技術の場合、２つの斜入射干渉計を用いて前方および後方のトポグラフィーデータを同時に入手し、これらのデータから、当該ウェーハの厚さ変動および形状を計算する。当該ウェーハの複数部分を複数回測定行い、これらの結果をつなぎ合わせることで、ウェーハ全体に関するトポグラフィーデータマップを得る。ウェーハの片側の一部の近隣に設けられた平棒から、測定時の不要なウェーハ振動を低減するための減衰配置が得られる。
【０００７】
残念なことに、この技術の場合、測定対象物と参照物との間の光路長さが長くかつ非共通であるため、空気温度勾配（およびその結果得られる乱気流）による影響を受け易くなる。また、減衰配置は、ウェーハ表面積全体を網羅することはできず、ウェーハの片側のみに設けられている。そのため、減衰の効果も低いと考えられることが多い。さらに、この技術の場合、斜入射光学配置を用いているため、精密測定における精度が比較的低くなる。その上、このような光学配置の場合、システム間の整合性をとるのが困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような文脈を鑑みて、本発明の実施形態が得られた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
先行技術に関連する不利点は、本発明の実施形態により、解消可能である。第１の実施形態によれば、基板厚さを測定するために、向上した干渉計装置を用いることができる。このような装置は、間隔を空けて配置された第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの組み合わせを含み得る。前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットは、対応する第１の平行参照表面および第２の平行参照表面を有する。前記対応する第１の平行参照表面および第２の平行参照表面の間には、前記基板の配置先となる光キャビティが形成される。基板ホルダは、前記基板を前記参照フラット間の前記キャビティ内に配置できるように構成され得、これにより、前記基板の第１の表面および第２の表面は、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの対応する第１の参照表面および第２の参照表面と実質的に平行になり、かつ、前記基板の前記第１の表面または第２の表面は、前記第１の参照フラットまたは第２の参照フラットのうちの対応する１つから３ミリメートルまたは２．５ミリメートル以下であり、好適には２ミリメートル以下であり、より好適には１．５ミリメートル以下であり、さらにより好適には１ミリメートル以下である。これらの間隔全てについては、前記基板の前記第１の表面または第２の表面が、前記第１の参照フラットまたは第２の参照フラットのうち対応する１つから０．５ミリメートル以上であると望ましい。前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットへの距離は、均等であってもよいし、均等でなくてもよい。
【００１０】
第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスは、前記キャビティの直径方向において対向する両側に配置され得、かつ、前記キャビティに光学的に結合され得る。前記第１の干渉計および第２の干渉計はそれぞれ、前記基板の前記第１の表面および第２の表面と、前記第１の参照表面および第２の参照表面との間の間隔空けにおける変動をマッピングするように動作可能であり、前記変動のマッピングは、前記キャビティに光学的に結合された光が前記キャビティを出入りすることによる干渉を通じて、前記第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスにより、それぞれ行われる。
【００１１】
第１の実施形態のいくつかの様態において、前記システムは、第１のインターフェログラム検出器および第２のインターフェログラム検出器と、前記基板の厚さ変動を決定するために、前記第１のインターフェログラム検出器および第２のインターフェログラム検出器の出力を受信するように接続された少なくとも１つのコンピュータとをさらに含み得る。
【００１２】
前記第１の実施形態のいくつかの様態において、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの寸法は、前記基板について大型視野が得られるような寸法にされ得る。
【００１３】
前記第１の実施形態のいくつかの様態において、前記第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスは、フィゾー干渉計であり得る。
【００１４】
前記第１の実施形態のいくつかの様態において、１つ以上の光源が、前記第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスに光学的に結合される。これらの光源は、複数の波長の光を生成するように構成された光源を含み得る。いくつかの様態において、前記光源は、１つ以上の短コヒーレンス光源を含み得る。いくつかの様態において、前記光源は、照明器と、前記照明器と、前記第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスとの間にそれぞれ接続された第１の光ファイバーおよび第２の光ファイバーとを含み得る。
【００１５】
第１の実施形態のいくつかの様態において、前記基板ホルダは、前記基板を受け入れるように適合された開口フレームと、前記フレームに取り付けられた２つ以上のエッジホルダであって、前記２つ以上のエッジホルダは、そのエッジによって前記基板を保持するように適合される、２つ以上のエッジホルダとを含み得る。前記エッジホルダは、前記参照フラットの前記第１の参照表面と前記第２の参照表面との間の間隙内にぴったり嵌るようなサイズにされ得る。
【００１６】
第１の実施形態のいくつかの様態において、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのサイズを前記基板よりも小さくすることができ、これにより、前記基板の第１の表面または第２の表面の一部が前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複しなくなる。このような場合において、前記装置は、少なくとも１つの減衰プレートと、前記減衰プレートに接続された位置決め機構とをさらに含み得る。前記減衰プレートは、前記基板の第１の表面または第２の表面のうち、前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複していないものに近接して配置される。前記減衰プレートは減衰表面を有し、前記減衰表面は、前記基板ホルダが前記基板を前記キャビティ内に配置した際に、前記基板の第１の表面または第２の表面に対して実質的に平行となるように、構成される。前記位置決め機構は、前記減衰表面が前記基板の第１の表面または第２の表面から２ミリメートル以下となるように、前記減衰プレートを位置決めするように動作可能である。
【００１７】
第１の実施形態のこの様態のいくつかの実行形態において、前記位置決め機構は、前記減衰プレートを前記基板の第１の表面または第２の表面に対して垂直方向において距離を以て移動させるように動作可能であり、前記距離は、前記基板ホルダが前記基板を前記第１の参照表面と前記第２の参照表面との間に配置することを可能にするのに十分である。
【００１８】
この様態のいくつかの実行形態において、前記少なくとも１つの減衰プレートは、第１の減衰プレートおよび第２の減衰プレートを含み得る。前記第１の減衰プレートは、前記基板の前記第１の表面の一部であって、前記第１の参照表面と重複しない一部と重複する。前記第１の減衰プレートは、前記第１の参照表面に対して平行に配向された第１の減衰表面を有する。前記第２の減衰プレートは、前記基板の前記第２の表面の一部であって、前記第２の参照表面と重複しない一部と重複する。前記第２の減衰プレートは、前記第２の参照表面に対して平行に配向された第２の減衰表面を有する。
【００１９】
このような実行形態において、前記位置決め機構は、前記第１の減衰プレートおよび第２の減衰プレートにそれぞれ接続された第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを含み得る。前記第１のアクチュエータは、前記第１の減衰表面が前記基板の第１の表面から３ミリメートル以下の位置に来るように、前記第１の減衰プレートを位置決めするように動作可能である。前記第２のアクチュエータは、前記第２の減衰表面が前記基板の第２の表面から３ミリメートル以下の位置に来るように、前記第２の減衰プレートを位置決めするように動作可能である。
【００２０】
この様態のいくつかの実行形態において、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際に、前記参照フラットの中心が前記少なくとも１つの減衰プレートの中心および前記基板の中心から外れるように、少なくとも１つの減衰プレート、前記基板ホルダならびに前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットを配向することができる。
【００２１】
この様態のいくつかの実行形態において、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記基板のエッジは、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのエッジに近接して配置することができる。
【００２２】
この様態のいくつかの実行形態において、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットは十分に大きな直径を有し得、これにより、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットは、前記基板のエッジおよび中心を含む前記基板の一部と重複する。
【００２３】
この様態のいくつかの実行形態において、前記基板が前記光キャビティ内に配置されている間、前記基板ホルダは、前記基板を回転または平行移動させるように、構成され得る。
【００２４】
第２の実施形態によれば、基板の形状または厚さの情報を測定するための方法が提供される。この方法において、少なくとも前記基板の第１の試験表面および第２の試験表面の一部をマッピングするために、第１の干渉計チャンネルおよび第２の干渉計チャンネル内の第１の参照フラットと第２の参照フラットとの間に形成されたキャビティ内に基板が配置される。前記基板が配置される際、前記基板の第１の試験表面および第２の試験表面が前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの対応する第１の参照表面および第２の参照表面と実質的に平行となり、かつ、前記第１のまたは第２の試験表面が前記第１の参照表面または第２の参照表面のうち対応するものから３ミリメートルまたは２．５ミリメートル以下、好適には２ミリメートル以下、より好適には１．５ミリメートル以下、さらにより好適には１ミリメートル以下の位置に来るように、配置される。これらの間隔空け全てについて、前記基板の第１の表面または第２の表面が、前記第１の参照フラットまたは第２の参照フラットのうち対応する１つから０．５ミリメートル以上の位置に来ることが望ましい。
【００２５】
前記キャビティを形成する参照表面のキャビティ特性は、前記第１の干渉計チャンネルまたは第２の干渉計チャンネルを用いて測定される。少なくとも前記基板の第１の試験表面および第２の試験表面の一部をマッピングするように、前記干渉計チャンネル内に第１の位相シフトが設けられ、前記参照表面のキャビティ特性を測定するために、第２の位相シフトが設けられる。前記形状または厚さの情報は、前記第１の試験表面および第２の試験表面および前記キャビティ特性の干渉計マップから決定される。
【００２６】
第２の実施形態のいくつかの様態において、前記第１の位相シフトまたは第２の位相シフトは、前記参照表面のうちの１つと前記試験表面のうち対応するものとの間の相対距離を変化させることにより、得ることができる。
【００２７】
第２の実施形態のいくつかの様態において、前記形状または厚さの情報は、前記基板の厚さ変動を含む。
【００２８】
第２の実施形態のいくつかの様態において、前記第１の位相シフトまたは第２の位相シフトを提供するステップは、前記第１の干渉計チャンネルまたは第２の干渉計チャンネルにおいて用いられる光の波長を変化させるステップを含み得る。このような様態において、前記形状または厚さの情報は、前記基板の絶対厚さを含み得る。
【００２９】
第２の実施形態のいくつかの様態において、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのサイズは前記基板よりも小さく、これにより、前記基板の第１の表面または第２の表面の一部は、前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複しない。このような様態において、前記方法は、前記基板の第１の表面または第２の表面のうち、前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複していない部分と近接して少なくとも１つの減衰プレートを位置決めするステップをさらに含み得る。前記少なくとも１つの減衰プレートは、前記第１の参照表面または第２の参照表面に対して平行に配向された減衰表面を持ち得る。前記減衰プレートは、前記減衰表面が前記基板の第１の表面または第２の表面から３ミリメートル以下の位置に来るように、位置決めされ得る。
【００３０】
第２の実施形態のこのような様態のいくつかの実行形態において、前記第１の参照表面と前記第２の参照表面との間に形成された前記キャビティ内に前記基板を配置する前に、前記基板ホルダが前記基板を前記第１の参照表面と前記第２の参照表面との間に配置するのに十分な距離を以て、前記減衰プレートを前記基板の第１の表面または第２の表面に対して垂直に移動させることができる。
【００３１】
第２の実施形態のこのような様態のいくつかの実行形態において、前記少なくとも１つの減衰プレートは、第１の減衰プレートおよび第２の減衰プレートを含み得る。前記第１の減衰プレートは、前記基板の前記第１の表面の一部であって、前記第１の参照表面と重複しない一部と重複し得る。前記第１の減衰プレートは、前記第１の参照表面に対して平行に配向された第１の減衰表面を持ち得る。加えて、前記第２の減衰プレートは、前記基板の前記第２の表面の一部であって、前記第２の参照表面と重複しない一部と重複し得る。前記第２の減衰プレートも、前記第２の参照表面に対して平行に配向された第２の減衰表面を持ち得る。
【００３２】
このような実行形態において、前記第１の減衰表面が前記基板の第１の表面から３ミリメートル以下の位置に来るように、前記第１の減衰プレートを位置決めすることができる。同様に、前記第２の減衰表面が前記基板の第２の表面から１ミリメートル以下の位置に来るように、前記第２の減衰プレートを位置決めすることができる。
【００３３】
この様態のいくつかの実行形態において、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記参照フラットの中心は、前記少なくとも１つの減衰プレートの中心および前記基板の中心から外れ得る。
【００３４】
この様態のいくつかの実行形態において、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記基板のエッジは、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのエッジに近接して配置され得る。
【００３５】
この様態のいくつかの実行形態において、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの直径は、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際に前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットが前記基板のエッジおよび中心を含む前記基板の一部と重複するような、十分に大きな直径である。
【００３６】
この様態のいくつかの実行形態は、前記基板を回転または平行移動させるステップと、前記基板が前記光キャビティ内にある際に、前記第１の試験表面および第２の試験表面の異なる部分を干渉マッピングするステップとをさらに含み得る。
【００３７】
第３の実施形態によれば、干渉計システムは、間隔を空けて配置された第１の参照フラットおよび第２の参照フラットを含み得る。前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットは、対応する第１の平行参照表面および第２の平行参照表面を有する。前記対応する第１の平行参照表面と第２の平行参照表面との間には、光キャビティが形成される。前記光キャビティは、前記対応する第１の平行参照表面と第２の平行参照表面との間の基板を受け入れるようなサイズにされる。前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのサイズは前記基板よりも小さくすることができ、これにより、前記基板の第１の表面または第２の表面の一部が前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複しなくなる。少なくとも１つの減衰プレートが、前記基板の第１の表面または第２の表面のうち、前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複していない部分に近接して配置される。前記少なくとも１つの減衰プレートは、前記基板が前記キャビティ内に配置された際に、前記基板の第１の表面または第２の表面に対して平行に配向されるように構成された減衰表面を有する。位置決め機構が、前記減衰プレートに接続される。前記位置決め機構は、前記減衰表面が前記基板の第１の表面または第２の表面から３ミリメートル以下の位置に来るように、前記減衰プレートを位置決めするように動作可能である。第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスが、前記キャビティの直径方向において対向する両側に配置され、前記両側に光学的に結合される。前記第１の干渉計および第２の干渉計はそれぞれ、前記基板の前記第１の表面および第２の表面と、前記第１の参照表面および第２の参照表面との間の間隔の変動をマッピングするように動作可能であり、前記変動のマッピングは、前記キャビティに光学的に結合された光が前記キャビティを出入りすることによる干渉を通じて、前記第１の干渉計デバイスおよび第２の干渉計デバイスにより、それぞれ行われる。
【００３８】
前記システムは、基板ホルダをさらに含み得る。前記基板ホルダは、前記基板を前記参照フラット間の前記キャビティ内に配置するように構成され、これにより、前記基板の第１の表面および第２の表面が、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの対応する第１の参照表面および第２の参照表面と実質的に平行になる。前記位置決め機構は、前記基板ホルダが前記基板を前記第１の参照表面と前記第２の参照表面との間に配置するのに十分な距離を以て、前記減衰プレートを前記基板の第１の表面または第２の表面に対して垂直に移動させることができる。
【００３９】
前記システムのいくつかの実行形態において、前記少なくとも１つの減衰プレートは、第１の減衰プレートおよび第２の減衰プレートを含み得る。前記第１の減衰プレートは、前記基板の前記第１の表面の一部であって、前記第１の参照表面と重複しない一部と重複し、前記第１の減衰プレートは、前記第１の参照表面に対して平行に配向された第１の減衰表面を有する。前記第２の減衰プレートは、前記基板の前記第２の表面の一部であって、前記第２の参照表面と重複しない一部と重複する。前記第２の減衰プレートは、前記第２の参照表面に対して平行に配向された第２の減衰表面を有する。このような実行形態において、前記位置決め機構は、前記第１の減衰プレートに接続された第１のアクチュエータと、前記第２の減衰プレートに接続された第２のアクチュエータとを任意選択的に含み得る。前記第１のアクチュエータは、前記第１の減衰表面が前記基板の第１の表面から２ミリメートル以下の位置に来るように、前記第１の減衰プレートを位置決めするように動作可能であり、前記第２のアクチュエータは、前記第２の減衰表面が前記基板の第２の表面から２ミリメートル以下の位置に来るように、前記第２の減衰プレートを位置決めするように動作可能である。
【００４０】
前記システムのいくつかの実行形態において、前記少なくとも１つの減衰プレートならびに前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットは、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記参照フラットの中心が前記少なくとも１つの減衰プレートの中心および前記基板の中心から外れるように、配向され得る。このような実行形態において、前記基板のエッジは、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのエッジに近接して配置され得る。あるいは、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの直径は、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際に前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットが複前記基板のエッジおよび中心を含む前記基板の一部と重できるくらいの、十分な大きさの直径である。
【００４１】
他の実行形態において、前記システムは、基板ホルダをさらに含み得る。前記基板ホルダは、前記基板が前記光キャビティ内に配置されている間、前記少なくとも１つの減衰プレートの面に平行な面において前記基板を移動させるように、構成される。このような実行形態において、前記基板ホルダは、前記少なくとも１つの減衰プレートの前記面に平行な１つ以上の方向において前記基板を平行移動させるように、構成され得る。あるいは、前記基板ホルダは、前記少なくとも１つの減衰プレートの面に対して平行な面に対して垂直な軸周囲において前記基板を回転させるように構成され得る。
【００４２】
第４の実施形態によれば、基板の形状または厚さの情報を測定するための別の方法が提供される。この方法において、第１の干渉計チャンネルおよび第２の干渉計チャンネル内の第１の参照フラットと第２の参照フラットとの間に形成された光キャビティ内に基板の第１の部位が配置され、これにより、前記基板の第１の試験表面および第２の試験表面をマッピングする。前記基板の第１の表面および第２の表面は、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの対応する第１の参照表面および第２の参照表面と実質的に平行である。前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのサイズは前記基板よりも小さく、これにより、前記基板の第１の表面または第２の表面の一部は前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複しない。少なくとも１つの減衰プレートが、前記基板の第１の表面または第２の表面のうち、前記第１の参照表面または第２の参照表面と重複していない部位に近接して位置決めされる。前記少なくとも１つの減衰プレートは、前記第１の参照表面または第２の参照表面に平行に配向された減衰表面を有する。前記減衰プレートは、前記減衰表面が前記基板の第１の表面または第２の表面から２ミリメートル以下の位置に来るように、位置決めされる。
【００４３】
前記キャビティを形成する参照表面のキャビティ特性が、前記第１の干渉計チャンネルまたは第２の干渉計チャンネルを用いて測定される。前記基板の第１の試験表面および第２の試験表面の第１の部位の第１の干渉計マップが得られるように、第１の位相シフトが前記干渉計チャンネル内に設けられる。前記参照表面のキャビティ特性を測定するために、第２の位相シフトが設けられる。前記基板の第２の部位を前記光キャビティ内に配置するように、前記基板を移動させる。前記第１の位相シフトおよび第２の位相シフトを繰り返すことで、前記基板の第１の試験表面および第２の試験表面の第２の部位の第２の干渉計マップを得ることができる。前記第１の干渉計マップおよび第２の干渉計マップはつなぎ合わせることができ、前記基板の形状または厚さの情報は、前記第１の干渉計マップおよび第２の干渉計マップおよび前記キャビティ特性から決定することができる。
【００４４】
第４の実施形態のいくつかの様態において、前記少なくとも１つの減衰プレートは、第１の減衰プレートおよび第２の減衰プレートを含み得る。前記第１の減衰プレートは、前記基板の前記第１の表面の一部であって、前記第１の参照表面と重複しない一部と重複し得、前記第１の減衰プレートは、前記第１の参照表面に対して平行に配向された第１の減衰表面を持ち得る。前記第２の減衰プレートは、前記基板の前記第２の表面の一部であって、前記第２の参照表面と重複しない一部と重複し得、前記第２の減衰プレートは、前記第２の参照表面に対して平行に配向された第２の減衰表面を有する。
【００４５】
このような様態において、前記少なくとも１つの減衰プレートを位置決めするステップは、前記第１の減衰表面が前記基板の第１の表面から３ミリメートル以下の位置に来るように、前記第１の減衰プレートを位置決めするステップを含み得る。前記少なくとも１つの減衰プレートを位置決めするステップは、前記第２の減衰表面が前記基板の前記第２の表面から３ミリメートル以下の位置に来るように、前記第２の減衰プレートを位置決めするステップをさらに含み得る。このような様態のいくつかの実行形態において、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記参照フラットの中心は、前記少なくとも１つの減衰プレートの中心および前記基板の中心から外れ得る。あるいは、前記基板のエッジは、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットのエッジに近接して配置され得る。
【００４６】
第４の実施形態のいくつかの様態において、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットの直径は、前記基板が前記光キャビティ内に配置された際、前記第１の参照フラットおよび第２の参照フラットが前記基板のエッジおよび中心を含む前記基板の一部と重複する位の十分な大きさの直径である。
【００４７】
第４の実施形態の他の様態において、前記参照表面に対して垂直でありかつ前記参照フラットの対称軸から中心が外れた軸の周囲において前記基板を回転させるかまたは前記参照表面に平行な方向に沿って前記基板を平行移動させることにより、前記基板を移動させることができる。
【００４８】
本発明の他の目標および利点は、以下の詳細な説明を読み、添付図面を参照すれば、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態による、基板の厚さおよび形状の変動を測定するための干渉計システムの図示である。
【図２】ウェーハの正面図であり、前記ウェーハはエッジによって保持されており、図１のシステムに挿入されている。
【図３】図２に示すウェーハおよびホルダの一部の拡大エッジ図である。
【図４】本発明の実施形態による基板の形状または厚さの情報を決定する方法を示すフロー図である。
【図５】本発明の別の実施形態による基板の厚さおよび形状の変動を測定するための干渉計システムを示す。
【図６】図５の線６−６に沿ってとられた干渉計システムの平面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態による基板の厚さおよび形状の変動を測定するための干渉計システムを示す。
【図８Ａ】図７の干渉計システムの一部を示す平面図である。
【図８Ｂ】図７の干渉計システムの一部を示す平面図である。
【図８Ｃ】図７の干渉計システムの一部を示す平面図である。
【図９】図５または図７に示す種類のシステムを用いて基板の形状および厚さの情報を測定する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下の詳細な説明は、例示目的のための具体的詳細を多く含むが、当業者であれば誰でも、以下の詳細における多くの変更および改変が本発明の範囲内であることを理解する。従って、以下に説明する本発明の例示的実施形態について、特許請求の範囲に記載の発明に対するいかなる一般性を失うことなくかつ特許請求の範囲に記載の発明を制限することなく、説明する。
【００５１】
本発明の実施形態は、米国特許第６，８４７４５８号におけるような、ウェーハの２つの側部に対向する２つの位相シフト干渉計を用いた干渉計システムの場合、両側の表面高さの同時測定が可能であるという点を利用している。加えて、２つの平行参照フラットをウェーハ表面の極めて近隣に配置することにより、フィゾー干渉計を用いて測定の精度および再現性を向上させることにより、光学セットアップの非共通経路を最小限にすることが可能となる。平行である２つの参照フラットと、ウェーハ前面または背面の極めて近隣に配置された参照フラットまたは少なくとも１つの参照フラットのいずれかとを用いたシステムにより、ウェーハ振動を受動的かつ効果的に沈静化させることが可能となる。さらに、このような構成の場合、機械的均衡が保たれ、かつ、低周波数振動による影響を比較的受けにくい。
【００５２】
本発明の実施形態は、図１中に示すような米国特許第６，８４７，４５８号に示すものと同様の様態で構成された干渉計システム１０と共に用いられ得る。このようなシステムを用いて、平面かつ不透明の基板（例えば、半導体ウェーハ）について、形状および厚さを測定することができる。ウェーハ測定においては、２つの向上したフィゾー干渉計２０および４０間の中心にある光キャビティに基板６０（例えば、半導体ウェーハ）を配置し、その際、前記基板の表面６１および６２双方が保持デバイスによってできるだけ遮られないようにする。干渉計２０および４０は、以下のように動作する。すなわち、入射光が光源２４および４４から出射される。前記入射光は、２つの異なるチャンネルであるチャンネルＡおよびチャンネルＢを介して（例えば、単一の照明器８からの光ファイバー２２およびファイバー４２を通じて）提供され得る。例示目的のためかつ非限定的に、照明器８は、単一の光源かまたは異なるコヒーレンス長さおよび波長帯域幅を有する複数の光源を含み得る。この例において、光源２４および４４は、ファイバー２２および４２の端部である。図１に示す例においてはフィゾー干渉計を図示しているが、干渉計２０および４０において、他の種類の干渉計構成を用いてもよい。
【００５３】
光源２４および４４から出射された光は、偏光ビームスプリッタ２６および４６から反射された後、光偏光方向に対して４５度において整列された１／４波長プレート２８および４８を通過する。その後、これらのビームはレンズ３０および５０へと伝搬し、ここで、ビーム直径とコリメートされる。前記ビーム直径は、ウェーハ直径よりも大きくすることができる。その後、これらのビームは、伝送フラット３２および５２を通じて移動する。各伝送されたビームの中央部分は、基板６０の対応する試験表面６１および６２において、反射される。伝送されたビームの反射部分は、フラット３２および５２の対応する参照表面３３および５３から反射された光ビームと共に、インターフェログラムを形成する。前記光キャビティは、参照表面３３および５３の間の空間に概して対応する。各伝送されたビームの外側部分は、対向する参照フラット５２および３２へと移動し、ここで参照表面５３および３３において反射されて、同様に、参照表面３３および５３から反射された光ビームと共に環状インターフェログラムを形成する。カメラ３６および５６は、これらのインターフェログラムを記録した後、１つ以上のコンピュータ３８および５８へと送り、コンピュータ３８および５８において、所望の情報（例えば、ウェーハ６０の形状および厚さの変動または絶対厚さに関連する情報）を生成するための処理が行われる。
【００５４】
前記参照フラットが前記ウェーハ表面の十分に近隣にある場合、前記ウェーハが極めて安定する点に留意されたい。１つまたは２つの参照フラットをウェーハ表面全体の極めて近隣に配置した場合、ウェーハ振動の沈静という有利な高価が得られる。本発明の実施形態によれば、参照フラット３２および５２の片方または両方をウェーハ６０の十分近隣に配置することで、ウェーハが安定させる。例示目的のため、参照フラット表面３３および５３のうち少なくとも１つと、対応するウェーハ表面６１および６２との間の距離は、１ｍｍ未満であり得る。このような安定化は、ウェーハ表面と参照フラットとの間に空気またはガスの膜が発生することでウェーハ振動が沈静された結果得られるものと考えられる。このような空気膜による減衰は、ウェーハエッジの取り扱い時の他にも、望遠鏡中の振動の沈静化にも用いられている点に留意されたい。しかし、出願人の知る限り、干渉計用の共通光路中の空気間隙を用いた、空気膜による減衰は実行されていない。
【００５５】
照明器８は、単色光または複数の波長の光のいずれかを提供し得る点に留意されたい。複数の波長光（例えば「白色」光）を用いた場合の１つの利点として、異なる波長を用いて、ウェーハ６０の表面上の膜の異なる層を貫通させることが可能である点がある。白色光を用いた場合、白色光のコヒーレンス長さは比較的短いため、干渉計における経路差を十分に短くすることが望ましい。
【００５６】
参照表面３３および５３の間に形成された光キャビティ内へのウェーハ６０の配置を容易化するために、システム１０は、基板ホルダ７０を含み得る。基板ホルダ７０は、基板を受け入れ、前記基板を前記基板の面に平行な方向に沿って参照表面３３および５３の間の間隙へと平行移動させるように、適合される。例示目的のためかつ非限定的に、基板ホルダ７０は、図２に示すように構成され得る。具体的には、基板ホルダ７０は、フレーム７２を含み得る。フレーム７２は、一端において開口して、ウェーハ６０を受け入れる。ウェーハ６０は、参照表面３３および５３の間の間隙内において、垂直方向保持され得る。例示目的のため、フレーム７２は、「Ｃ」字型の形状であり得る。フレーム７２は、平行移動機構７３（例えば、機械アクチュエータ）に取り付けられ得る。平行移動機構７３により、ウェーハ６０に平行な面に沿って前記フレームを平行移動させることが可能となる。基板ホルダ７０は、フレーム７２に取り付けられた２つ以上のエッジホルダ７４および７６を含む。エッジホルダ７４および７６は、自身のエッジによってウェーハ６０を把持するように、適合される。エッジホルダ７４および７６は、矢印によって示すように移動して、ウェーハ６０を把持または解放することができる。図３中の拡大図から分かるように、エッジホルダ７４は、１つ以上のコンプライアント部材７５を含み得る。これらのコンプライアント部材７５は、自身のエッジ６３により、ウェーハ６０を保持する。これらのコンプライアント部材は、コンプライアント部材がエッジホルダ７４および７６によって把持または保持されている間のウェーハの損傷を回避するような、適切なコンプライアント材料によって構成される。エッジホルダ７４および７６のサイズは、２つの参照表面３３および５３の間の間隙よりも狭いサイズにされ得る。
【００５７】
２つの参照フラットが互いに平行でありかつウェーハ表面の極めて近隣に配置されている干渉計システムを用いた場合、取得時において位相シフト速度からウェーハの絶対厚さを決定する精度を大幅に向上させることが可能である点に留意されたい。２つの参照フラットが互いに平行でありかつ両方または少なくとも１つの参照フラットがウェーハ表面の極めて近隣に配置されている干渉計システムを用いた場合、準単色光源または白色光を極めて狭い帯域フィルターと共にフィゾー干渉計に対して用いることが可能となる（ただし、そのコヒーレンス長さが参照フラットとウェーハ表面との間の間隙の２倍よりも大きい場合のみ）。そのため、このようなシステムを用いれば、システム測定誤差を最小化することができるだけでなく、膜面またはパターン化表面を含む異なる用途におけるシステムの測定能力を拡大することも可能となる。
【００５８】
加えて、２つの参照フラットを用いた干渉計システムの場合、キャビティ経路の差または参照フラットの形状に起因することの多い誤差を発生させることなく、ウェーハの厚さ変動を測定することができる。
【００５９】
測定対象ウェーハよりもサイズが大きい２つの参照フラットを用いた干渉計システムの場合、各測定毎において２つの参照フラットによって参照フラットの傾斜変動を監視することが可能である。このような能力により、このようなシステムを用いて行われる測定の再現性が大幅に向上する。また、測定中のウェーハよりもサイズが大きな２つの参照フラット干渉計システムを用いた場合、ウェーハのエッジにおける表面傾斜による影響を受けることなく、結像面における試験ウェーハの位置を極めて高精度に決定することも可能となる。
【００６０】
さらに、２つの参照フラットを用いた干渉計システムの場合、ウェーハ材料による影響を受けることなく、ウェーハの両側の表面高さおよび厚さ変動を測定することが可能である。
【００６１】
本発明の別の実施形態によれば、基板の形状および厚さの情報を測定する方法を、図１のシステムによって実行することができる。本明細書中用いられる、形状または厚さの情報を非限定的に挙げると、基板の厚さ変動および基板の絶対厚さがある。このような方法の一例を図４のフロー図中に示す。方法１００は、図１および図４を同時に参照することにより、理解され得る。このような方法は、コンピュータ３８および５８のうち１つ以上の上で実行されるコンピュータソフトウェアの制御下において全体的または部分的に実行され得る。
【００６２】
前記システムの位相シフト速度は、１０２に示すように、任意選択的に較正することができる。例示目的のためかつ非限定的に、この目的のために参照表面３３および５３の間に形成されたキャビティ内に、研磨された不透明プレートを配置することができる。あるいは、前記キャビティそのものを用いて較正を行ってもよい。前記参照フラットのキャビティ特性を１０４において示すように較正してもよい。前記参照フラット較正手順により、インターフェログラムが得られる。前記インターフェログラムは、参照表面３３および５３間の間隔の変動をウェーハ６０の配置先となる領域において示す。
【００６３】
１０６に示すように、測定対象となる基板（例えば、ウェーハ６０）を２つのフィゾー干渉計間のキャビティ内に配置することができる。例示目的のため、基板ホルダ７０は、コンピュータ３８および５８のうちの１つによる制御下において、ウェーハ６０を所定位置まで移動させ得る。前記キャビティの中心または中心から外れた位置に前記基板を配置して、前記基板がチャンネルＡおよびチャンネルＢを介して垂直入射光を受信できるようにし、その際、ウェーハ試験表面６１および６２双方が保持機構７０によってできるだけ遮断されないようにする。少なくとも１つの試験表面を、対応する近隣表面から３ミリメートル以下の距離、好適には２ミリメートル以下の距離、より好適には１．５ミリメートル以下の距離、さらにより好適には１ミリメートル以下の距離において配置する。
【００６４】
その後、チャンネルＡおよびチャンネルＢにおけるインターフェログラムを異なる位相シフトと共に記録する２つの組の強度フレームが、１０８に示すように収集され得る。例えば照明光源８から生成される光の波長を変化させることにより位相シフト差を得ることができる。あるいは、参照フラット３３および５３をウェーハ６０に対してシフトさせることにより、異なる位相シフトを得ることもできる。インターフェログラム収集後、１１０に示すように、インターフェログラムの移送を強度フレームから抽出することができる。その後、１１２に示すように、基板の形状および／または厚さに関する所望の情報をこれらの位相から計算することができる。このような情報は、基板の表面上の位置に対する形状または厚さの情報を示す１つ以上のマップの形態において、提示することができる。
【００６５】
このような情報の計算方法としては、複数の方法がある。例えば、参照フラット３３および対応するウェーハ試験表面６１によって形成されるインターフェログラムの位相をＡとし、参照フラット５３およびウェーハ試験表面６２によって形成されるインターフェログラムの位相をＢとし、２つの参照表面３３および５３間のキャビティによって形成されるインターフェログラムの位相をＣとする。従って、試験表面６１についての表面高さ情報がＡから得られ、試験表面６２についての表面高さ情報がＢから得られ、ウェーハ６０の厚さ変動がＣ−（Ａ＋Ｂ）から得られる。
【００６６】
この技術を用いれば、波長変化に起因して位相シフトが発生した場合における、１つの表面座標、複数の表面座標またはすべての表面座標における絶対ウェーハ厚さを計算することが可能になる。絶対厚さは、既知の波長変化あたりの位相シフト量から計算することができる。この例において、Ａは、参照表面３３およびウェーハ試験表面６１によって形成されたインターフェログラムの位相シフトであり、Ｂは、参照表面５３およびウェーハ試験表面６２によって形成されたインターフェログラムの位相シフトであり、Ｃは、２つの参照表面３３および５３間のキャビティによって形成されたインターフェログラムの位相シフトである。従って、参照表面５３とウェーハ試験表面６２との間の絶対距離がＡから得られ、参照表面３３とウェーハ試験表面６１との間の絶対距離がＢから得られ、参照表面３３と参照表面５３との間の絶対距離がＣから得られ、絶対ウェーハ厚さがＣ−（Ａ＋Ｂ）から得られる。
【００６７】
上記したシステムおよび方法の場合、米国特許第６，８４７，４５８号中に記載されたシステムおよび方法に比していくつかの利点がある。具体的には、システム安定性および／またはシステムによって行われる測定の再現性を大幅に向上させることができる。さらに、上記したシステムおよび方法を用いれば、時間コヒーレント長さの短い照明を用いる能力が得られる。加えて、干渉計の非共通経路および／または測定誤差を最小化することも可能になる。加えて、上記したシステムおよび方法により、絶対ウェーハ厚さ情報を得ることも可能となる。これとは対照的に、米国特許第６，８４７，４５８号中に記載されたシステムおよび方法の場合、厚さ変動に関する情報しか得られない。
【００６８】
上記したシステムおよび方法の場合、米国特許号７，００９，６９６号中に記載されたシステムおよび方法に比していくつかの利点がある。例えば、上記したシステムおよび方法の場合、時間コヒーレンス長さが短い照明を用い、非共通干渉計経路および測定誤差を最小化し、かつ、絶対ウェーハ厚さ情報を得ることができる。加えて、上記のシステムおよび方法を用いれば、ウェーハ全体の減衰配置を片面または両面について得ることが可能となる。さらに、上記したシステムおよび方法では、垂直入射照明を用いることも可能である。
【００６９】
上記した実施形態に対して、複数の向上が可能である。例えば、図５および図６に示す本発明の別の実施形態によれば、参照プレート３２および５２によって被覆されていない基板部位と重複する減衰プレートを用いることにより、基板６０の振動減衰を向上させることができる。具体的には、図５に示すように、別の干渉計システム１１が、図１に示すシステム１０に基づき得る。図５中、図１と同一の参照符号は、図１を参照して上述した要素と同一の要素を示す。
【００７０】
システム１１がシステム１０と異なる点としては、伝送フラット３２および５２の直径が基板６０の直径よりも小さい点がある。例示目的のため、伝送フラット３２および５２の直径は３００ミリメートルであり得、基板６０の直径は４５０ミリメートルであり得る。その結果、伝送フラット３２および５２の参照表面３３および５３は、基板６０の表面６１および６２と完全には重複しなくなる。システム１１は、１つ以上の減衰プレート８０および９０と、これらの減衰プレートに接続された位置決め機構８５および９５とを含む。これらの減衰プレート８０および９０はそれぞれ、参照表面３３および５３のうちの１つと重複しない基板６０の表面６１および６２のうちの１つの対応する部位に近接して配置される。減衰プレート８０および９０は、減衰表面８３および９３を有する。減衰表面８３および９３は、前記基板が例えば基板ホルダ７０によって参照表面３３および５３の間のキャビティ内に配置された際に、基板６０の表面６１および６２に実質的に平行にそれぞれ配置されるように、構成される。本明細書中用いられる「実質的に平行」という用語は、製造およびアライメントにおける有限公差に起因して、完全な平行状態から受容可能な範囲内において逸脱した各表面も含むものとする。減衰表面８３および９３は、参照表面３３および５３と同様のある程度の平坦性および平滑度と共に、製造され得る。例示目的のためかつ非限定的に、図６に示すように、減衰プレート８０および９０は、より高いかまたは低い程度で三日月形状とすることができ、内径は、伝送フラット３２および５２の外径と同じかまたは伝送フラット３２および５２の外径よりも若干大きく、外径は、基板６０の直径以上である（極細線によって示す）。その結果、伝送フラットを受け入れるようなサイズおよび形状の空間が得られる。
【００７１】
例示目的のためかつ非限定的に、図６に示すように、減衰プレート８０および９０ならびに伝送フラット３２および５２は、円対称性と共に構成することができ、このような構成において、前記減衰プレートの中心および基板６０の中央軸は、相互におおよそ同心状となっており、かつ、記干渉計および伝送フラットの光軸ｚと中心がずれている。このような構成において、これらの減衰プレートは、伝送フラット３２および５２よりも直径が大きな基板６０の有意な部位と重複し得る。伝送フラット３２および５２は基板６０の全面とは重複していないが、それでも、システム１１は、前記表面の十分な部分を多くの実際的用途において検査することができる。例えば、図６に示す構成において、伝送フラット３２および５２は、前記基板のエッジおよびその中心双方を含む基板６０の一部と重複する。生産工程におけるウェーハの干渉測定において、これで十分な場合が多い。基板６０の全面を検査することが望ましい場合、図６中の両側方向の曲線状の矢印によって示すように、基板６０をその中心周囲において回転させることができ、異なる回転角度において測定を複数回行うことができる。場合によっては、例えば所与のインゴットからの１つのウェーハのみに対してこのような測定を行い、当該インゴットからの他のウェーハのみを中心およびエッジにおいて回転無しで測定することが望ましい場合もある。
【００７２】
基板を回転させる方法には、複数の方法がある。例えば、いくつかの場合において、基板ホルダ７０によって伝送フラット３２および５２の間の間隙から基板６０を取り外して、基板を回転させる方向づけ機構へと基板６０を移送する。その後、基板ホルダ７０は、回転後の基板を取り出し、前記間隙内へと戻すことができる。あるいは、基板６０が伝送フラット３２および５２の間にある際に、基板６０をその中心周囲において回転させるように基板ホルダ７０そのものを構成することも可能である。
【００７３】
図１および図５に示す種類の干渉計システムにおいて、伝送フラット３２および５２は、光学機器の一部を形成しているため、通常は移動不可能である点に留意されたい。基板ホルダ７０が参照表面３３および５３間の間隙内に基板６０を位置決めする能力には制約があるため、所望の高レベルの減衰が参照表面から得られるように、基板表面６１および６２が参照表面３３および５３に十分に近接するように、基板６０を位置決めするための前記間隙を十分に小さくすることは、非実際的である場合がある。
【００７４】
しかし、干渉計システム１１においては、減衰プレート８０および９０は干渉計の光路の一部を形成していないため、減衰プレート８０および９０は可動とすることができる。その結果、減衰プレート８０および９０を基板表面６２および６３の一部に極めて近接して選択的に配置することが可能となり、これにより、減衰表面８３および９３と、参照表面３３および５３と重複していない基板表面の一部とが近接していることに起因して振動減衰を得ることが可能となる。前記減衰プレートを選択的に位置決めすることにより、干渉計システム１１は、可動減衰プレート８０および９０によってさらなる減衰を提供することにより、参照表面３３および５３間の間隔が最適ではない場合でも、振動減衰目的のための補償を提供することができる。減衰表面８３および９３の大きさを伝送フラット３２および５２よりも十分に大きくすることにより、これらの減衰プレートから、基板６０の振動減衰の大部分を得ることが可能になる。
【００７５】
前記減衰表面の近接した位置決めを容易化するために、位置決め機構８５および９５により、減衰プレート８０および９０を参照表面３３および５３に対して垂直に移動させることができる。位置決め機構８５および９５はそれぞれ、減衰プレート８０および９０を十分な精度で位置決めするように構成され得、これにより、減衰表面８３および９３を、基板６０の表面６１および６２から３ミリメートル以下の位置において配置することができる。その後、干渉計システム１１による基板６０の測定のために、配置された減衰プレート８０および９０を所定位置にロックすることができる。
【００７６】
例示目的のためかつ非限定的に、前記位置決め機構は、センサー８６および９６と、アクチュエータ８７および９７とを含み得る。センサー８６および９６と、アクチュエータ８７および９７とは、コンピュータ３８および５８にそれぞれ接続される。センサー８６および９６は、基板表面６１および６２がセンサー８６および９６に近接するのに応答できる任意の種類の近接センサーでよい。適切なセンサーの例を非限定的に挙げると、キャパシタンスセンサーおよび光センサーがある。アクチュエータ８７および９７は、フィードバックループにおいてセンサー８６および９６ならびにコンピュータ３８および５８に接続されたサーボ機構であり得る。前記フィードバックループの構成は、感知された間隔変化に反作用するように減衰プレートを移動させることにより、減衰表面と基板表面との間の間隔の変化がセンサーによって測定されるのにサーボ機構が応答するような構成である。このような様態で動作することにより、位置決め機構８５および９５は、参照表面８３および９３と、基板表面６１および６２との間の距離を安定化させることができる。
【００７７】
いくつかの実行形態において、位置決め機構８５および９５は、基板ホルダ７０が参照表面３３および５３の間に基板６０を配置することが可能となるだけの距離を以て、前記減衰プレートを基板の第１の表面または第２の表面に対して垂直に移動させるように、構成され得る。
【００７８】
図５中では例示目的のために２つの減衰プレートおよび２つの位置決め機構を図示しているが、いくつかの実行形態において、干渉計１１は、単一の減衰プレートおよび単一の対応する位置決め機構を持ち得る点に留意されたい。
【００７９】
図５および図６中に示す種類のシステムは、より大きなサイズのウェーハ（例えば、直径４５０ｍｍのウェーハ）については、より大きな直径の伝送フラットを有するシステムよりも開発コストが低い点に留意されたい。既存のより小さな直径（例えば、３００ｍｍ）のシステムからの、先行開発された光学コンポーネントを、図５に示す種類のシステムにおいて用いることができるように適合させることができる。そのため、Ｔｎ図１に示す種類の干渉計のためにより大きな直径の光学コンポーネントを開発することは不要である。さらに、図５および図６中に示す種類のシステムは、図１に示す種類のより大きな直径のシステムよりも高い性能を持つことができる。なぜならば、減衰プレート８０および９０からより高い振動減衰を得ることができるからである。これは、直径の大きな（例えば、４５０ｍｍ）ウェーハをより小さな（例えば、１５ｎｍの）設計規則に対して用いる場合において、有意な利点となり得る。
【００８０】
図５および図６に示す種類の改変されたシステムにより、参照フラット３２および５２をウェーハよりもずっと離隔位置に配置し、振動減衰を得るための減衰プレート８０および９０の近接のみに依存させることが可能となる。例示目的のため、このようなシステム１２は、図７に示すように構成することができる。図７において、図１および図５と共通する要素については、図５および図７において用いた参照符号と同じ参照符号によって示している。この実施形態において、参照フラット３２および５２は、減衰プレート８０および９０の場合よりも、相互により離隔位置に設けることができる。図５に示す装置１１と同様に、減衰プレート８０および９０は、開口部を含み得る。この開口部は、参照フラット３２および５２によって規定された視野を妨げないようなサイズおよび形状にされる。
【００８１】
図１および図５について上述した実施形態と同様に、この実施形態においても、（米国特許第第６，８４７，４５８Ｂ２号（２００５年１月））におけるようなウェーハの２つの側部に対向する２つの位相シフトフィゾー干渉計を用いた装置を用いれば、両側における表面高さを同時に測定することが可能である点を利用している。加えて、ウェーハ６０の２つの側部に対向する２つの参照フラットを用いたシステムは、キャビティ経路の差または参照フラットの形状に起因する誤差を発生させることなく、ウェーハの厚さ変動を測定することができる。さらに、垂直入射光学配置を用いたシステムは、測定の精度および再現性を向上させるフィゾー干渉計を用いることにより、光学セットアップの非共通経路を最小化することができる。
【００８２】
２つの減衰プレート８０および９０が相互に平行でり、かつ、減衰プレートの双方または少なくとも１つがウェーハ前面または背面６１および６２に極めて近接して配置されたシステムを用いれば、ウェーハ振動を受動的におよび効果的に沈静化することができ、その機械的均衡は、低周波数振動による影響を実質的に受けない。光学系の光路内に１つ以上の減衰プレートが設けられていないシステムを用いれば、減衰プレート（単数または複数）をウェーハ表面に極めて近接して配置することができる。よって、光源の連続波長同調範囲およびウェーハの機械的取り扱いに対する厳しい要求を発生させることなく、ウェーハ振動を効果的に沈静化することができる。減衰プレート面積は、ウェーハ面積よりも小さくすることができ、これにより、ロバストなウェーハ取り扱いのための空間が得られる。
【００８３】
２つの参照フラット３２および５２を用いたシステムは、ウェーハ材料への影響を生じることなく、ウェーハの両側の表面高さと、ウェーハの厚さ変動とを測定することができる。
【００８４】
ウェーハの全面をマッピングするために、ウェーハホルダ７０は、ウェーハ６０を参照フラット３２および５２に平行に移動させて、ウェーハ表面６１および６２の異なる部位が干渉計２０および４０の視野内に入るようにすることができる。異なる位置におけるウェーハから、前方および／または後方の表面６１および６２の干渉マップを得ることができる。例示目的のためかつ非限定的に、図８Ａに示すようにウェーハ６０を減衰表面８３および９３に平行に平行移動させることにより、ウェーハを移動させることができる。あるいは、図８Ｂに示すように、光軸ｚから中心が外れておりかつ光軸ｚと平行な軸周囲においてウェーハ６０を回転させてもよい。コンピュータ３８および５８は、これらのマップ（サブマップとも呼ぶ）をつなぎ合わせて、ウェーハの前面および／または背面の全体を網羅する干渉マップを提供することができる。なぜならば、サブマップをつなぎ合わせることで、測定システムのＦＯＶ増加を招くことなく測定面積を拡大することが可能となるからである。このようなサブマップのつなぎ合わせにより、システム１２は、測定における空間分解能を犠牲にすることなく、異なるウェーハサイズのウェーハを測定できる柔軟性を持つことが可能となる。このような高い空間分解能は、ｌ例えばウェーハのエッジ領域の検査において極めて重要である。
【００８５】
特定の用途において、ウェーハ表面のごく一部のみを測定するだけで、ウェーハ平坦性を評価できる場合がある（ただし、この一部が、中心からエッジにわたる実質的領域を網羅する場合）。このような場合、サブアパチャ走査を一回または数回行えば十分である。
【００８６】
いくつかの実施形態において、ウェーハ６０は、干渉計の視野を完全に妨げることのないように、位置決めされ得る。このような構成により、システム１２が、ウェーハを測定しつつ、ウェーハによって部分的に妨げられない、参照表面３３および５３の間のキャビティの部分を測定することが可能となる。その結果、システム１２は、参照フラット３２および５２の傾斜変化を各測定において監視することができる。このような能力により、システム１２によって行われる測定の再現性を有意に上昇させることができる。
【００８７】
ウェーハ測定時において、ウェーハによって遮断されている領域外のキャビティを測定することが可能なシステムを用いれば、ウェーハのエッジにおける表面傾斜による影響を受けることなく、結像面における試験ウェーハの位置を極めて高精度に決定することが可能となる。その結果、前記システムは、サブマップのつなぎ合わせをより高精度に行うことができる。
【００８８】
図８Ｃは、ウェーハ移動時の干渉計の視野をウェーハが完全に妨げることがないように、ウェーハを参照フラットに対して位置決めする様態の一例を示す。この例において、前記ウェーハは、光軸ｚでもある参照フラットの軸から中心が外れた軸周囲において回転する。これらの参照フラットは、円対称性を有するものとみなされ、前記参照フラットと実質的に同じ直径を有する視野を規定する（ただし、前記視野と前記参照フラットとが同一直径を有すると仮定したときに）。前記ウェーハの異なる回転角度において、ウェーハ６０の異なる部位が前記視野内に入る。これらの異なる部位は、異なる視野ＦＯＶ１、ＦＯＶ２、ＦＯＶ３、ＦＯＶ４およびＦＯＶ５内に入る。ウェーハ６０は各視野と部分的にしか重複しないため、各視野の一部が前記ウェーハによって遮断されない状態となっている点に留意されたい。各視野内のウェーハ部位の干渉マップは、これらの角度それぞれにおいて得ることができる。加えて、干渉計２０および４０は、ウェーハ６０によって遮断されていない視野の部分のキャビティ特性を測定することができる。
【００８９】
図５または図７に示す種類のシステムを用いて、基板の形状および厚さの情報を測定する方法を実行することができる。このような方法の一例を、図９のフロー図に示す。方法９００は、図７および図９を同時に参照することにより、理解され得る。このような方法は、コンピュータ３８および５８のうち１つ以上の上で実行されるコンピュータソフトウェアの制御下において、全体的または部分的に実行され得る。
【００９０】
前記方法は、以下のようにして進行し得る。まず、９０２に示すように、位相シフト速度が較正され得る。例示目的のため、研磨された不透明プレートが、参照フラット３２および５２の参照表面３３および５３の間に形成されたキャビティ内に配置され得る。あるいは、前記位相シフト速度をキャビティそのものによって較正してもよい。参照フラット３２および５２のキャビティ特性は、９０４に示すように較正され得る。測定対象となるウェーハ６０を、９０６に示すように前記キャビティ内に配置することができる。前記ウェーハは、ウェーハ側部６１および６２双方がウェーハホルダ７０によってできるだけ妨げられないような様態で、減衰プレート８０および９０と、フィゾー干渉計２０および４０との間における中心または中心から外れた位置に配置され得る。９０８に示すように、チャンネルＡおよびチャンネルＢにおけるインターフェログラムを記録する２組の強度フレームが、異なる位相シフトと共に取得される。前記異なる位相シフトは、例えば光源８の波長を変化させるか、前記参照フラットを前記ウェーハに対してシフトさせるかまたは前記ウェーハを前記参照フラットに対してシフトさせることにより、得ることができる。インターフェログラムの位相は、９１０に示すようにこれらの強度フレームから抽出することができる。９１２に示すように、これらの位相から、所望の情報を任意選択的に計算することができる。例示目的のため、参照フラット３２および前方ウェーハ表面６１によって形成されたインターフェログラムの位相がＡである場合、後方参照フラット５２および後方ウェーハ表面６２によって形成されたインターフェログラムの位相はＢであり、２つの参照フラット３２および５２のキャビティによって形成されたインターフェログラムの位相はＣである。従って、Ａから前方表面高さが得られ、Ｂから後方表面高さが得られ、Ｃ−（Ａ＋Ｂ）から厚さ変動が得られる。その後、９１４に示すように、ウェーハホルダ７０は、ウェーハ６０を別の所定位置へと移動させて、前記ウェーハの別の領域を測定することができる。９０８、９１０、９１２および９１４において示す動作は、ウェーハ表面の部分全てが測定され終えるまで、所望の回数だけ繰り返すことができる。各強度フレーム組からのウェーハの部分的表面高さまたは厚さ変動を９１６において計算することができ、前記所望の情報は９１２に示すように計算されなかった。相互に重複する部分的表面測定全てを９１８に示すようにつなぎ合わせることができ、これにより、ウェーハ表面全体を網羅する測定を達成することができる。
【００９１】
上記した方法およびシステムには、従来に比べていくつかの利点がある。例えば、上記の方法およびシステムは、極めて大きなサイズ（例えば、直径４５０ミリメートルの）ウェーハなどの異なるサイズのウェーハを柔軟に測定することができる。また、上記システムの場合、ウェーハよりも直径が小さな光学機器を用いることが可能であるため、直径が大きな光学系よりも比較的低コストである。ウェーハの移動およびデジタル画像処理が可能なように既存のシステムを容易に適合させることができ、これにより、ウェーハの異なる重複部分のインターフェログラムをつなぎ合わせることが可能となる。さらに、上記システムの場合、空間分解能がより高い。加えて、通常の照明干渉計（例えば、フィゾー干渉計）を用いることで、光学配置の非共通経路が最小限にされる。
【００９２】
上記は本発明の好適な実施形態を網羅的記載であるが、多様な代替物、改変物および均等物を用いることが可能である。そのため、本発明の範囲は、上記記載を参照して決定されるべきものではなく、添付の特許請求の範囲と、その全範囲における均等物とを鑑みて決定されるべきものである。好適であるかないかに関わらず、任意の特徴を他の任意の特徴と組み合わせることが可能である。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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