(57)【要約】  本発明の１つの態様によれば、基板処理システムが提供される。このシステムは、チャバを囲むチャンバ壁と、基板を支持するようにチャンバ内に位置付けられた基板支持体と、基板上の材料から光電子を放出させる電磁放射線を基板支持体上の基板に放出させる電磁放射線源と、基板から放出された光電子を捕らえるアナライザと、チャンバ内に磁場を発生させ基板からアナライザに光電子を誘導する磁場発生器と、を含む。
2009510433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電子分光システムであって、
チャンバを囲むチャンバ壁と、
半導体基板を支持するように前記チャンバ内に配置された基板支持体と、
光電子を基板から放出させる電磁放射線を前記基板支持体上の基板に放出する電磁放射線源と、
前記基板上の材料から放出される光電子を捕らえるアナライザと、
前記チャンバ内に磁場を発生させ前記基板から前記アナライザに前記光電子を導く磁場発生器と、
を具備し、
前記アナライザ及び前記磁場発生器が、前記基板支持体の対向する複数の側部に配置されている、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記磁場発生器が前記基板支持体の下に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記チャンバが第１の部分及び第２の部分を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記チャンバの第１の部分に隣接するロードロックチャンバと、
ベース及びロボットアームを有するロボットステージと、
を更に具備し、
前記基板支持体が前記ロボットアームに取り付けられ、前記ロボットアームが前記ベースに回転可能に接続され、前記ベースが前記チャンバ壁に接続されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記基板支持体が前記チャンバの前記第２の部分にあるときに、前記アナライザ及び前記磁場発生器が、前記基板支持体の対向する複数の側部に配置される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記基板支持体が前記チャンバの前記第２の部分にあるときに、前記磁場発生器が、前記基板支持体の下に配置される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記チャンバが真空チャンバであり、前記磁場発生器が前記真空チャンバ内に配置されない、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
光電子分光システムであって、
真空チャンバを囲むチャンバ壁と、
基板を支持するように前記真空チャンバ内に配置された基板支持体と、
前記基板から光電子を放出させる電磁放射線を前記基板支持体上の基板に放出する電磁放射線源と、
前記基板から放出される光電子を捕らえるアナライザと、
前記真空チャンバ内に磁場を発生させ前記基板から前記アナライザに前記光電子を導く磁場発生器と、
を具備し、
前記磁場発生器が前記真空チャンバの外側に配置される、ことを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記アナライザ及び前記磁場発生器が、前記基板支持体の対向する複数の側部に配置される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記磁場発生器が、前記基板支持体の下に配置される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記チャンバが第１の部分及び第２の部分を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記チャンバの第１の部分に隣接するロードロックチャンバと、
ベース及びロボットアームを有するロボットステージと、
を具備し、
前記基板支持体が前記ロボットアームに取り付けられ、
前記ロボットアームが前記ベースに回転可能に接続され、前記基板支持体を前記ロードロックチャンバから前記チャンバの前記第２の部分に搬送する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記基板支持体が前記チャンバの前記第２の部分にあるときに、前記アナライザ及び前記磁場発生器が、前記基板支持体の対向する複数の側部に配置される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記基板支持体が前記チャンバの前記第２の部分にあるときに、前記磁場発生器が前記基板支持体の下に配置される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
光電子分光システムであって、
装荷部分及び試験部分を有するチャンバを囲むチャンバ壁と、
ロボットアーム及び基板支持体を有し、該ロボットアームが前記チャンバの前記装荷部分と前記試験部分との間で前記基板支持体を移動させることが可能となったロボットステージと、
前記基板支持体が前記チャンバの前記試験部分にあるときに、前記基板の材料から光電子を放出させる電磁放射線を前記基板支持体の基板上に放出させる電磁放射線源と、
前記基板から放出される光電子を捕らえるアナライザと、
前記チャンバ内に磁場を発生させ前記基板から前記アナライザに光電子を導き、前記基板支持体が前記チャンバの前記試験部分にあるときに、前記基板支持体の下に配置される磁場発生器と、
を具備することを特徴とする光電子分光システム。
【請求項１６】
前記チャンバが真空チャンバであり、前記磁気レンズが前記真空チャンバ内に配置されない、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記電磁レンズは、前記基板支持体が前記チャンバの前記試験部分にあるときに前記基板支持体の下方５ｍｍ未満にある、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記ロボットアームのうちの少なくとも一部分が、前記チャンバの入り口部分を通過する回転軸を中心にして回転する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
光電子分光システムであって、
チャンバを囲むチャンバ壁と、
基板を支持するように前記チャンバ内に配置された基板支持体と、
前記基板から光電子を放出させる電磁放射線を前記基板支持体上の基板の一部分に放出させる電磁放射線源と、
前記基板の前記一部分から放出される光電子を捕らえるアナライザと、
前記基板の前記一部分に反射する可視光線を収集しかつ前記基板の前記一部分のイメージをキャプチャするカメラサブシステムと、
を具備する、ことを特徴とする光電子分光システム。
【請求項２０】
前記可視光線が、前記基板の前記一部分から前記基板の上面に、垂直方向に伝播する、
請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記アナライザにより捕らえられた光電子が、第１の方向において前記基板の前記一部分から放出され、前記カメラサブシステムにより収集された可視光線が、第２の方向において前記基板の前記一部分から伝播し、前記第１の方向と第２の方向とが実質的に平行である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記アナライザにより捕らえた前記光電子と前記カメラサブシステムにより収集された前記可視光線とが少なくとも部分的に交差する、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記アナライザにより捕らえた前記光電子が、中心軸を有する光電子束状に並べられ、前記カメラサブシステムにより収集された前記可視光線が、中心軸を有する可視光線束状に並べられ、前記光電子束の前記中心軸が前記可視光線束の前記中心軸と同軸上にある、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記カメラサブシステムがカメラ及び反射器を更に含み、
前記反射器が、前記基板の前記一部分の上に配置され、反射面及び該反射面を通る開口部を有し、
前記光電子が、前記開口部を通過して前記アナライザ内に入り、
前記可視光線が前記反射面に反射して前記カメラ内に入る、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記反射器が前記アナライザと前記基板支持体との間に配置される、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記チャンバが第１の部分及び第２の部分を含む、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記チャンバの前記第１の部分に結合されたロードロックチャンバと、
ベース及びロボットアームを有するロボットステージと、
を更に具備し、
前記基板支持体が前記ロボットアームに取り付けられ、
前記ロボットアームが前記ベースに回転可能に接続され、前記基板支持体を前記ロードロックチャンバから前記チャンバの第２の部分に搬送する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記チャンバ内に磁場を発生させかつ前記光電子を前記基板から前記アナライザに導く磁場発生器を更に具備する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記基板支持体が前記チャンバの第２の部分内にあるときに、前記アナライザ及び前記磁場発生器が、前記基板支持体の対向する複数の側部に配置される、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記磁場発生器が、前記光電子束及び前記可視光線束の前記中心軸と同軸上にある回転対称を有する磁場を生成する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記カメラ及び前記反射器が、互いに対して固定位置において前記チャンバ壁に接続される、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３２】
前記カメラ及び前記反射器が固定位置において前記チャンバ壁に接続される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
光電子分光システムであって、
チャンバを囲むチャンバ壁と、
基板を支持するように前記チャンバ内に配置された基板支持体と、
前記基板の一部分から光電子を放出させる電磁放射線を前記基板支持体上の前記基板の前記一部分に放出する電磁放射線源と、
前記基板の前記一部分から放出された光電子を捕らえるアナライザと、
前記チャンバ内に磁場を発生させ前記基板からアナライザに前記光電子を導く磁場発生器と、
前記基板の前記一部分に反射する可視光線を収集し前記基板の前記一部分のイメージをキャプチャするカメラサブシステムと、
を具備することを特徴とする光電子分光システム。
【請求項３４】
前記可視光線が、前記基板の前記一部分から該基板の上面に、垂直方向に伝播する、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記アナライザにより捕らえられた光電子が、第１の方向において前記基板の前記一部分から放出され、前記カメラサブシステムにより収集された可視光線が、第２の方向において前記基板の前記一部分から伝播し、前記第１の方向と第２の方向とが実質的に平行である、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３６】
前記アナライザにより捕らえられた光電子と前記カメラサブシステムにより収集された可視光線とが少なくとも部分的に交差する、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記アナライザにより捕らえられた前記光電子が、中心軸を有する光電子束状に並べられ、前記カメラサブシステムにより収集された前記可視光線が、中心軸を有する可視光線束状に並べられ、前記光電子束の前記中心軸が前記可視光線束の前記中心軸と同軸上にある、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記磁場発生器が、前記光電子束及び前記可視光線束の中心軸と同軸上にある回転対称を有する磁場を生成する、
ことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記カメラサブシステムがカメラ及び反射器を更に含み、
前記反射器が、前記基板の前記一部分の上に配置され、反射面及び該反射面を通る開口部を有し、
前記光電子が前記開口部を通過して前記アナライザ内に入り、前記可視光線が前記反射面から反射されて前記カメラ内に入る、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記反射器が、前記アナライザと前記基板支持体との間に配置される、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記チャンバが第１の部分及び第２の部分を含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記フレームに接続され且つ前記チャンバの第１の部分に隣接しているロードロックチャンバと、
ベース及びロボットアームを有するロボットステージと、
を更に具備し、
前記基板支持体が前記ロボットアームに取り付けられ、
該ロボットアームが前記ベースに回転可能に接続され、前記基板支持体を前記ロードロックチャンバから前記チャンバの第２の部分に搬送する、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記基板支持体が前記チャンバの第２の部分内にあるときに、前記アナライザ及び前記磁場発生器が、前記基板支持体の対向する複数の側部に配置される、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記カメラ及び前記反射器が、互いに対して固定位置において前記チャンバ壁に接続される、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記カメラ及び前記反射器が、前記フレームに対して固定位置において前記チャンバ壁に接続される、請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
光電子分光システムであって、
上面を有する基板を支持する基板支持体と、
前記基板の一部分に反射する可視光線を収集し、前記基板の前記一部分のイメージをキャプチャするカメラサブシステムと、
を具備し、
前記可視光線が、前記基板の上面に対して実質的に垂直な方向において、該基板の該一部分から伝播する、
ことを特徴とする光電子分光システム。
【請求項４７】
前記カメラサブシステムがカメラ及び反射器を更に具備し、
前記反射器が、前記基板の前記一部分の上に配置され、反射面及び該反射面を通る開口部を有する、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記カメラ及び前記反射器が、互いに対して固定位置において接続される、請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記カメラ及び前記反射器がチャンバを囲むチャンバ壁に接続され、
前記基板支持体が前記チャンバ内にある、請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記反射器が前記基板の上に配置され、
前記基板支持体が、前記カメラサブシステムに向かう方向に、及び、該カメラサブシステムから離れる方向に、前記基板を移動させることが可能である、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
光電子分光システムであって、
基板を支持する基板支持体と、
アノードと、
電磁放射線を前記アノードから放出させる電子のビームを前記アノード上に向ける電子銃と、
前記電子のビームを、前記アノードの第１の部分において第１のビーム形状に形成し、かつ、前記アノードの第２の部分において第２のビーム形状に形成する、ビーム形成器と、
前記アノードから放出された前記電磁放射線を前記基板上に再び向ける単色光分光器と、
を含み、
電子の前記第１のビーム形状が前記アノードの前記第１の部分上に向けられたときに、前記電磁放射線が前記第１のビーム形状で前記基板の第１の標的部分に衝突し、
前記第２の電子ビーム形状が前記アノードの第２の部分上に向けられたときに、前記電磁放射線が前記第２のビーム形状で前記基板の第２の標的部分に衝突する、
ことを特徴とするシステム。
【請求項５２】
前記第１のビーム形状が長楕円又は矩形である、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記長楕円又は矩形が長さ及び幅を有し、前記長さが前記幅の少なくとも２倍である、
請求項５２に記載のシステム。
【請求項５４】
前記第１のビーム形状及び第２のビーム形状がともに長楕円又は矩形である、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５５】
前記アノードの第２の部分が、前記アノードの第１の部分と少なくとも部分的に重なる、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５６】
前記アノードの第１の部分上の前記第１のビーム形状が、前記アノードの第２の部分に対して回転させられて、前記第２のビーム形状を形成する、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５７】
前記基板支持体が、該基板支持体を極座標系（Ｒ，θ）内において移動させるロボットに結合される、請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
前記電子ビームが１００ワットよりも大きい電力定格を有する、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５９】
前記第１の形状が４００から４０，０００平方ミクロンの面積を有する、請求項５２に記載のシステム。
【請求項６０】
光電子分光法を実施する方法であって、
ロボットに接続される基板支持体の上に計測パッドを有する基板を配置する段階と、
前記基板支持体を試験位置に移動させる段階と、
電磁放射線ビームを発生させ該電磁放射線ビームを形成して、前記電磁放射線ビームを前記基板の前記計測パッド全体にわたって配置する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６１】
前記ロボットが、プログラムされた座標を利用して前記基板支持体を前記試験位置に移動させる、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記ロボットが、極座標系（Ｒ，θ）を利用して前記基板支持体を移動させる、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記基板支持体を前記試験位置に移動させた後、光学式観察システムを利用して前記計測パッドの位置を決定する段階を更に含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６４】
前記観察システムが、前記基板に垂直の方向を中心とする前記計測パッドに反射した光を受け取る、請求項６０に記載の方法。
【請求項６５】
前記基板支持体を第２の試験位置に移動させる段階を更に含み、
前記基板支持体を前記第１の試験位置から前記第２の試験位置に移動させることが、前記基板支持体を回転させることを含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６６】
前記電磁放射線を第２のビーム形状に形成させ、前記電磁放射線の前記第２のビームを前記基板の第２の計測パッド上に配置する段階を更に含む、請求項６０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、半導体基板を処理するための方法、装置、及びシステムに関し、詳細には半導体基板の処理に使用するための計測ツールに関する。
【技術分野】
【０００２】
集積回路は、ウエーハなどの半導体基板上に形成される。集積回路の形成は、種々の層の堆積、層の一部のエッチング、及びマルチベークなど、多数の処理ステップを含むことができる。次いで集積回路は、個々のマイクロ電子ダイスに分離され、これがパッケージされて回路基板に取り付けられる。
【０００３】
集積回路の作成に伴う種々の処理ステップ中、導電体、誘電体、及び半導体などの様々な材料の種々の層は、集積回路が形成されるウエーハの表面上に形成される。集積回路の製造では、多くの場合、基板上に適切な材料が堆積されていることを保証するために種々の層の組成を試験する。
【０００４】
層の組成を試験するのに用いられる機械は、「計測ツール」と呼ばれることが多い。計測ツールは、Ｘ線源からＸ線などの電磁放射線を放出し、試験されている基板の特定の領域に向けられる。計測ツールは、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、全反射蛍光Ｘ線分析法（ＴＸＲＦ）、及び偏光解析法などの分析技法を利用して、基板の特定の特性を測定する。例えば、ＸＰＳを用いる場合、光電子すなわち電子が基板から放出されて、電子分光計又は半球型分析器などの計測分析器によって捕獲される。分析器及び関連処理アルゴリズムにより、光電子の運動エネルギー又は速度を分析することで基板領域の組成が求められる。
【０００５】
基板、具体的には基板上のパッドを電磁放射線源に対して適切に位置付けるために、パターン認識ソフトウェアを利用する視覚システムを用いることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、典型的には視覚システムは、ある角度でパッドを見ることしかできないので、イメージは理想的なものではない。加えて、このシステムは、試験中に特定のパッドを見ることができない。更に、視覚システムは、典型的にはツール内に汚染物質をもたらす複数のアクチュエータ及び他の可動部品を含む。
【０００７】
多くの場合、磁場発生器又は磁気レンズを用いて、光電子を基板から分析器内に誘導する。しかしながら、計測ツールは通常、基板をツール内に輸送するロボットと、基板を分析器の下及び磁気レンズの上に保持する個別のステージとの両方を含む。個別のステージは、ツール内にかなりのスペース量を占有し、磁気レンズは、ステージの下に配置する必要があり、これは、磁気レンズの有効性に悪影響を及ぼす。
【０００８】
更に、磁気レンズを含む測定ツールの内容物は、通常真空チャンバ内に保持される。磁気レンズがある種のメンテナンスを必要とする場合には、真空を破壊する必要があり、ツール内部が汚染される可能性が高くなる。
【０００９】
計測ツールで用いられる電磁放射線源の１つの一般的な実施例は、電子銃、アノード、及び単色光分光器の組み合わせである。電子銃は、アノードの比較的小さな標的部分上に電子を発射し、Ｘ線がアノードから単色光分光器上に放出され、該単色光分光器がＸ線を基板上に偏向させて合焦する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態は、基板処理システムを提供する。本システムは、チャンバ壁によって囲まれたチャンバと、基板又は試料を支持するようにチャンバ内に位置付けられた基板又は試料支持体と、光電子を基板表面から放出させる電磁放射線を基板支持体上の基板に放出させる電磁放射線源と、半導体基板上の材料から放出された光電子を捕獲する（捕らえる）分析器（アナライザ）と、チャンバ内に磁場を発生させ基板から分析器に光電子を誘導する（導く）磁場発生器とを含むことができる。本発明の１つの実施形態において、基板又は試料支持体、電磁放射線源、分析器及び磁場発生器は、各々チャンバ壁に接続される。
【００１１】
本発明の実施形態はまた、真空チャンバを囲むチャンバ壁と、基板を支持するように真空チャンバ内に位置付けられた基板又は試料支持体と、前記基板から光電子を放出させる電磁放射線を基板支持体上の基板に放出させる電磁放射線源と、基板から放出された光電子を捕獲する分析器と、真空チャンバ内に磁場を発生させ半導体基板から分析器に光電子を誘導し、真空チャンバの外側に位置付けられた磁場発生器とを含むことができる基板処理システムを提供する。
【００１２】
本発明はまた、装荷部分及び試験部分を有するチャンバを囲むチャンバ壁と、チャンバ壁に接続されたロボットアーム及びロボットアームに取り付けられた基板又は試料支持体を有し且つ前記ロボットアームがチャンバの装荷部分と試験部分との間で基板支持体を移動させることができるロボットステージと、基板支持体がチャンバの試験部分内にあるときに、基板から光電子を放出させる電磁放射線を基板支持体の基板上に放出させる電磁放射線源と、基板から放出された光電子を捕獲する分析器と、チャンバ内に磁場を発生させて基板から分析器に光電子を誘導し、基板支持体がチャンバの試験部分内にあるときに基板支持体の下に位置付けられる磁場発生器と、を含むことができる半導体基板処理装置を提供する。
【００１３】
本発明の実施形態は、チャンバを囲むチャンバ壁と、半導体基板を支持するようにチャンバ内に位置付けられた基板支持体と、基板の一部分から光電子を放出させる電磁放射線を基板支持体上の基板の一部分に放出させる電磁放射線源と、基板の一部分上の材料から放出された光電子を捕獲する分析器と、チャンバ壁に接続され、基板の一部分から反射される可視光線を収集し且つ半導体基板の一部分のイメージを捕獲するカメラサブシステムと、を含むことができる基板処理装置を更に提供する。
【００１４】
本発明の実施形態は、チャンバを囲むチャンバ壁と、基板を支持するようにチャンバ内に位置付けられた基板支持体と、基板の一部分上の材料から光電子を放出させる電磁放射線を基板支持体上の基板の一部分に放出させるように接続された電磁放射線源と、基板の一部分上の材料から放出された光電子を捕獲するようにチャンバ壁に接続された分析器と、チャンバ内に磁場を発生させ且つ基板から分析器に光電子を誘導する磁場発生器と、基板の一部分から反射される可視光線を収集し半導体基板の一部分のイメージを捕獲するカメラサブシステムと、を含むことができる基板処理装置を更に提供する。
【００１５】
本発明の実施形態は、上面を有する基板を支持する基板支持体と、基板の一部分から反射され、且つ基板表面の上面に実質的に垂直の方向で基板の一部分から伝播する可視光線を収集して、基板の一部分のイメージを捕獲するカメラサブシステムと、を含むことができる基板処理装置を更に提供する。
【００１６】
本発明の実施形態は、チャンバを囲むチャンバ壁と、基板を支持するようにチャンバ内に位置付けられた基板支持体と、光電子を半導体基板の一部分から放出させる電磁放射線のビームを基板の一部分上に放出させるように接続された電磁放射線源と、基板上の材料から放出された光電子を捕獲するように接続された分析器と、を含むことができる基板処理装置を更に提供する。
【００１７】
本発明の１つの実施形態では、電磁放射線源は、電子でアノードを照射してＸ線などの電磁放射線を生成するための電子ビームを提供する電子源と、放出された電磁放射線を基板又は試料上に合焦する単色光分光器とを含む。本発明の実施形態では、電子源は、電子ビームを所望の形状又はプロファイルに成形するためのオクトポール又はアパーチャシャッターなどの成形手段を含む。電子ビームは、限定ではないが、円形、長楕円形、方形、及び矩形などの所望のプロファイルに成形することができる。本発明の１つの実施形態では、電子ビームは、その幅よりも１−３倍の長さを有する長楕円形又は矩形に成形される。加えて、本発明の１つの実施形態では、大きな立体角を有する大面積単色光分光器を利用して、単色光分光器の収集効率を増大させる。大きな立体角を有する大面積単色光分光器により、ｅビーム形状をアノード上のｅビーム形状に高度に相関付けられたＸ線プロファイルパターンに移行させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
添付図面を参照しながら本発明を例証として説明する。
以下の説明では、本発明の種々の態様を説明しており、本発明の完全な理解を得るために種々の詳細が記載されることになる。しかしながら、本発明は、本発明の態様の一部のみ又は全てを用いて実施することができ、具体的な詳細なしに実施することができる点は当業者には明らかであろう。場合によっては、既知の特徴部は、本発明を曖昧にしないために省略又は簡略化されている。
【００１９】
図１Ａから図１０Ｃは、例証に過ぎず、縮尺通りに描かれていない場合がある点は理解されたい。
【００２０】
本発明の１つの実施形態は、「計測ツール」として当技術分野で公知のものを提供する。計測ツールは、装荷部分及び試験部分を有する、真空チャンバを囲むロードロックチャンバ及び計測チャンバを含むことができる。ロボットステージは、計測チャンバの装荷部分内に配置されて、半導体基板をロードロックチャンバから計測チャンバの試験部分に輸送することができる。計測ツールはまた、計測チャンバの試験部分の下及び真空チャンバの外側に位置付けられた磁気レンズを含むことができる。
【００２１】
計測ツールはまた、電磁放射線のビームを特定の形状及び大きさの基板の特徴部上に発することが可能な電磁放射線源を含むことができる。加えて、計測ツールは、電磁放射線が特徴部上に向けられている間、基板に対して法線角度で（すなわち垂直に）基板上の特徴部を見ることが可能な観察又はカメラサブシステムを含むことができる。
【００２２】
計測ツールはまた、特徴部から放出された光電子を捕獲し分析して特徴部の組成を決定する分析器を含むことができる。
【００２３】
図１Ａは、本発明の１つの実施形態による基板処理システム又は計測ツール２０を示している。計測ツール２０は、フレーム２２、ウエーハカセット２４、輸送サブシステム２６、ロードロックチャンバ２８、チャンバ壁３８によって囲まれた計測チャンバ３０、及びコンピュータ制御卓３２を含むことができる。フレーム２２は、ウエーハカセット１４を第１の端部に取り付けて実質的に方形にすることができる。輸送サブシステム２６は、カセット２４に隣接して位置することができる。
【００２４】
ウエーハカセット２４は、フレーム２２の一方の端部に位置することができ、当技術分野で一般に理解されているように前面開放一体式ポッド（ＦＯＵＰ）とすることができる。カセット２４は、例えば、２００又は３００ミリメートルの直径を有する、ウエーハなどの複数の半導体基板を保持するような大きさにし成形することができる。
【００２５】
輸送サブシステム２６は、輸送トラック３４及び輸送機構３６を含むことができる。輸送トラック３４は、フレーム２２に接続され、ウエーハカセット２４の近傍のフレーム２２の相対する側面間に延びることができる。輸送機構３６は、例えば、２００又は３００ミリメートルの直径を有するウエーハなどの半導体基板を支持し、カセット２４の各々とロードロックチャンバ２８との間で基板を輸送することができる。
【００２６】
ロードロックチャンバ２８は、輸送サブシステム２６と計測チャンバ３０との間のフレーム２２に接続することができる。当技術分野で一般に理解されているように、ロードロックチャンバ２８は、輸送サブシステム２６に隣接する第１のドアと、計測チャンバ３０に隣接する第２のドアとを含むことができる。両ドアは、輸送サブシステム２６を計測チャンバ３０から気密シールすることができる。
【００２７】
図１Ｂと共に図１Ａを参照すると、計測チャンバ３０、ロボットステージ４０、電磁放射線源サブシステム４２、観察又はカメラサブシステム４４、磁気レンズ４６、及び計測分析器４８がある。チャンバ壁３８は、図１に示すように上から見たときに「砂時計」形状になった内面を有することができる。チャンバ壁３８の内面により、計測チャンバ３０を第１の部分５２と第２の部分５４に分けることができる。図示のように、第１の部分５２は、第２の部分５４よりもロードロックチャンバ２８により近く配置することができる。計測チャンバ３０はまた、図１Ｂに概略的に示すように、気密シールして真空チャンバ５０を形成することができる。
【００２８】
ロボットステージ４０は、計測チャンバ３０の第１の部分５２内に位置することができ、チャンバ壁３８に直接接続することができる。ロボットステージ４０は、ベース５６、ロボットアーム５８、及び基板支持体６０を含むことができる。ロボットアーム５８は、ベース５６に回転可能に接続され、直接ベース５６に取り付けられた第１のセグメント６２と該第１のセグメント６２の端部に取り付けられた第２のセグメント６４とを含むことができる。基板支持体６０すなわち「ブレード」は、第１のセグメント６２の反対側の端部にあるロボットアーム５８の第２のセグメント６４に接続することができる。ロボットアーム５８の構造によって決定付けられるように、該ロボットアーム５８は、計測チャンバ３０の第１の部分５２を通って延びた少なくとも１つの回転軸を備える極座標系（Ｒ，θ）で基板支持体６０を移動させることができる。加えて、ロボットアーム５８は、基板支持体６０を計測チャンバ３０内で垂直方向に移動（ｚ運動）させることができる。基板支持体６０は、半導体ウエーハのような、例えば２００又は３００ミリメートルの直径を有する基板を支持するような大きさにし成形することができる。ロボットステージ４０は、基板支持体６０を計測チャンバ３０の第２の部分６５内並びにロードロックチャンバ２８内に延ばすことができる。
【００２９】
ロボットステージ４０のベース５６の位置（すなわち、計測チャンバ３０の第１の部分５２内）に起因して、ロボットアーム５８が基板支持体６０を計測チャンバ３０の第２の部分５４内に延びたときに、ロボットステージ４０の構成部品のどれもが基板支持体６０の下には配置されない点に留意されたい。
【００３０】
図１Ｂに具体的に示すように、計測チャンバ３０内の構成部品の全ては、ロボットステージ４０のベース５６及び磁気レンズ４６を除いて、真空チャンバ５０内に配置することができ、該ロボットステージ４０のベース５６及び磁気レンズ４６は、真空チャンバ５０の下に位置付けることができる。
【００３１】
更に図１Ｂを参照すると、詳細には図示されていないが、磁気レンズ４６又は磁場発生器は、チャンバ壁３８に接続され、計測チャンバ３０の第２の部分５４の下に位置付けることができる。磁気レンズを利用して、基板又は試料から分析器４８内に放出された電子を合焦する。磁気レンズは、中心軸９９の周りに回転対称を有する磁場を生成する。磁気レンズ４６はコイルを含むことができ、計測チャンバ３０内に磁場を発生させることができる。本発明の１つの実施形態では、磁気レンズは、「スノーケルレンズ」とも呼ばれる単一ポールピースレンズである。
【００３２】
図１Ｃは、より詳細に電磁放射線源サブシステム４２及び観察サブシステム４４を示している。電磁放射線源サブシステム４２は、電子源６６、アノード６８、及び単色光分光器７０を含むことができる。
【００３３】
図２及び３を先に見ると、電子源６６は、電子銃７２及びビーム成形器７４を含むことができ、両方共、ケーシング７６内に保持される。断面では、ケーシング７６は、実質的に矩形にすることができ、電子銃７２が第１の端部に装着される。ケーシング７６は、電子銃７２と対向するケーシング７６の端部を通る開口部７８を有する。図２に示すように、電子銃７２は、ケーシング７６内の開口部７８を通る中心軸８０を有することができる。
【００３４】
図３は、ビーム成形器７４をより詳細に示している。断面では、ビーム成形器７４は実質的に円形にすることができ、複数のポール８２を含み、ビーム成形器の開口部８４が貫通して延びる。図３に示す実施例では、ビーム成形器７４は、ビーム成形器開口部８４の周りに等しく位置付けられた８つのポール８２を有することができる。図２に示すように、電子銃７２の中心軸８０は、ビーム成形器開口部８４を通って延びることができる。当技術分野で一般に理解されているように、ポール８２は、ビーム成形器７４内に「オクトポール」を形成することができ、各ポール８２は、正又は負電荷のいずれかを保持することができる。本発明の１つの実施形態では、ビームを成形するために「オクトポール」を用いるのではなく、アパーチャ又はシャッターを用いて、電子ビームの形状を機械的に変更及び制御することができる。
【００３５】
図４は、アノード６８をより詳細に示している。アノード６８は、上側に標的表面８６を有した実質的に方形にすることができ、例えば、アルミニウムで作ることができる。詳細には示されていないが、アノード６８は、ｘ／ｙ／ｚ座標系内で移動することができるように、計測チャンバ３０内のチャンバ本体２２に移動可能に接続することができる。
【００３６】
更に図１Ｃを参照すると、観察サブシステム４４は、カメラ８８、照射体９０、及び反射サブシステム９２を含むことができる。反射サブシステム９２は、部分反射器９４、焦点対物レンズ９６、及び偏向又は反射鏡９８を含むことができる。カメラ８８は、部分反射器９４の上に直接位置付けられ、部分反射器９４の中心部分に向けられ又は狙いを定めることができる。照射体９０は、部分反射器９４の側面に位置付けられ、部分反射器９４の中心部分に向けられ又は狙いを定めるオプティカル光源とすることができる。焦点対物レンズ９６は、照射体９０に対向する部分反射器９４の側面に位置付けることができる。偏向ミラー９８は、部分反射器９４に対向する焦点対物レンズ９６の側面上に位置付けられ、磁気レンズ４６の上に直接位置付けることができる。偏向ミラー９８は、該偏向ミラー９８の中心部分で開口部が貫通する実質的に円形にすることができる。図１Ｃに示すように、磁気レンズ４６の中心軸９９は、１次ミラー９８の開口部を通過することができる。中心軸９９は、磁気レンズ４６によって発生された磁場が回転対称を有する軸として定めることができる。
【００３７】
図５と関連して図１Ｃを参照すると、焦点対物レンズ９６は、レンズ１００、１次ミラー１０２、及び２次ミラー１０６を含むことができる。具体的に図５を参照すると、レンズ１００、１次ミラー１０２、及び２次ミラー１０６は、実質的に円形とし、共通軸を中心とすることができる。ここで図１Ｃ及び図５の両方を参照すると、１次ミラー１０２は、凹面反射面１０４及び該１次ミラー１０２の中心部分にある開口部を有することができる。具体的に図１Ｃに示すように、２次ミラー１０６は、凹面反射面１０８を有することができる。
【００３８】
観察サブシステム４４及び該観察サブシステム４４の構成部品の全ては、どのような機械的稼可動部品も有さず、固定位置でチャンバ壁３８に接続することができる点に留意されたい。
【００３９】
図１Ｄに示すように、計測チャンバ３０はまた、レーザ１１２、レーザ検出器１１４、及びチャンバ壁３８に固定して取り付けられたレンズのアレイを含む基板高さ検出サブシステム１１０を含むことができる。レーザ１１２及びレーザ検出器１１４は、計測分析器４８の両側に位置付けられ、磁気レンズ４６の中心軸９９に向けることができる。
【００４０】
同様に図４に示すように、アノード６８は、該アノード６８の高さを求め且つ正確に制御するために、レーザ２１２、レーザ検出器２１４及びレンズ２１６のアレイを含むアノード高さ検出サブシステム２１０を備えることができる。レーザ２１２及びレーザ検出器２１４は、チャンバ壁３８に堅固に取り付けられ、アノード６８上の単色光分光器７０の焦点に照準を定めることができる。
【００４１】
更に図１Ｂを参照すると、計測分析器４８は、磁気レンズ４６の上に直接位置付けられ、該磁気レンズ４６の中心軸９９が計測分析器４８を通過するように位置付けられたアパーチャを含むことができる。詳細には図示されていないが、計測分析器４６はまた、当技術分野で一般に理解されているように、検出器及び電子分光計又は半球型分析器を含むことができる。
【００４２】
詳細には図示されていないが、計測ツールの構成部品の全てがフレームに接続され、下記の種々の機能を実施するために種々のアクチュエータ及び電力供給装置を含むことができる点は理解されたい。本発明の１つの実施形態では、電気信号及びパワーは、ポリイミド可撓性回路のような可撓性ケーブルを利用して真空チャンバ内の種々の構成部品に及びこれらの間で供給される。
【００４３】
更に図１Ａを参照すると、コンピュータ制御卓３２は、当技術分野で一般に理解されているように、一連の命令を記憶するためのメモリーと命令を実行するためにメモリーに接続されたプロセッサとを有するコンピュータの形態とすることができる。コンピュータ制御卓３２内に記憶された命令は、方法及びプロセス、並びに基板移動及び較正のための方法及びプロセス、更に以下に記載されたような計測ツール２０の操作を実施するための種々のアルゴリズムを含むことができる。命令は更に、「パターン認識」ソフトウェア並びにデカルト座標と極座標との間を変換するためのソフトウェアと一般に理解されているものを含むことができる。同様に命令は、計測ツール２０の構成部品を用いて基板の種々の層の組成（濃度を含む）を特定すること、並びに、種々の層及びプロファイルの厚さ、層内の異なる化学種の深さ分布、深さ分布重心を求めるための解析用ソフトウェアを含むことができる。
【００４４】
コンピュータ制御卓３２は、輸送サブシステム２６、ロードロックチャンバ２８、及び計測チャンバ３０、並びに該計測チャンバ３０内の構成部品の全てに電気的に接続することができる。
【００４５】
図６に示すように、使用中、基板１１８は、基板又はウエーハカセット２４の１つに挿入することができる。本発明のために、基板は、光電子分光法が装置２０内で実施されることになる何らかのサンプル、試料、又は物品である。基板は、限定ではないが、シリコン単結晶基板、シリコンオンインシュレータ基板、或いは集積回路、フォトマスク、フラットパネルディスプレー、又は光学構成部品の製造に用いる他のタイプの基板などの半導体ウエーハを含むことができる。加えて、基板は、限定ではないが、ゲート誘電体層、ゲート電極、バリア層、相互接続部、コンタクト、パッシベーション層、及びマイクロマシンなどの特徴部を作製するのに用いる金属層、半導体層、並びに誘電体層などの１つ又はそれ以上の薄膜又は層を含むことができる。本発明の１つの具体的な実施形態では、基板は、該基板上に形成された、酸窒化ケイ素誘電体などのゲート誘電体層、或いは酸化ハフニウム又は酸化アルミニウムなどの金属酸化物誘電体を有する単結晶シリコンウエーハである。本発明の１つの実施形態では、装置２０は、ゲート誘電体層の厚さ、組成、及びドーパントプロファイルを求めるのに使用される。輸送機構３６は、カセット２４から基板１１８を取り出して、該基板１１８をロードロックチャンバ２８内に輸送することができる。次いで、ロボットステージ４０は、基板１１８をロードロックチャンバから取り出して、計測チャンバ３０の第１の部分５２すなわち装荷部分から計測チャンバ３０の第２の部分すなわち試験部分に搬送することができる。
【００４６】
図７は、基板１１８をより詳細に示している。基板１１８は、当技術分野で一般に理解されているように、例えば、２００又は３００ミリメートルの直径を有する半導体ウエーハとすることができる。基板１１８は、該基板１１８上に形成されて複数ダイス間に分割された複数の集積回路１２０を有することができる。集積回路１２０の形成は、部分的にだけ完了することができる。基板１１８はまた、当技術分野で一般に理解されているように、集積回路１２０間に配置された複数の計測パッド１２２を含むことができる。計測パッド１２２は、例えば、１２０ミクロン×５０ミクロンの寸法を有する実質的に矩形にすることができる。一方の辺が他方よりも大きい矩形計測パッドが理想的であり、この理由は、大面積パッドをプロダクトダイス間の「スクライブライン」に配置することができるためである。大面積パッドは、試験中に計測パッドから抽出されることになる電子の数を増大させることができ、これによって基板表面についてのより多くの情報を提供する。集積回路１２０及び計測パッド１２２は、基板１１８の上面１２４上に形成することができる。
【００４７】
図８Ａとの共に図６に示すように、ロボットステージは、基板１１８を磁気レンズ４６と偏向ミラー９８との間に位置付け、磁気レンズ４６及び計測分析器４８が基板支持体６０の相対する側部上にあるようにすることができる。コンピュータ制御卓３２は、ロボットアーム５８が移動するときに、基板支持体６０、ロボットアーム５８の第１のセグメント６２、及びロボットアーム５８の第２のセグメント６４が、チャンバ壁３８と接触しないようにして、ロボットステージ４０を制御することができる。図８Ａに具体的に示すように、ロボットステージ４０は、基板１１８を偏向ミラー９８と磁気レンズ４６との間に位置付けることができる。
【００４８】
基板支持体が、計測チャンバ３０の第２の部分５４内に基板１１８を保持しているときには、ロボットステージ４０のベース５６が計測チャンバ３０の第１の部分５２内に配置されており、磁気レンズ４６の位置付けと干渉しないので、基板支持体６０と磁気レンズ４６との間の距離を特に小さくすることができる点に留意されたい。磁気レンズ４６の上面と基板支持体６０の下面との間の距離は、２から４ミリメートルのように、５ミリメートルよりも小さくすることができる。加えて、基板１１８の上面１２４から磁気レンズ４６までの距離は、８ミリメートルよりも小さくすることができる。
【００４９】
図８Ａを更に参照すると、ロボットステージ４０は、図７に示す計測パッド１２２の特定の１つが、磁気レンズ４６の中心軸９９（すなわち、第１の試験位置）と交差するように基板１１８を位置付けることができる。基板１１８が適切に位置付けられたことを検証するために、図１Ａに示すコンピュータ制御卓は、図８Ａに示すように観察サブシステム４４を利用することができる。
【００５０】
図５及び８Ａを参照すると、光は、照射体９０によって部分反射器９４を通り焦点対物レンズ９６内に配向することができる。光は、レンズ１００及び１次ミラー１０２内の開口部を通過することができる。次いで光は、２次ミラー１０６の反射面１０８から反射して２次ミラー１０２に向けて戻ることができる。２次ミラーの凹面反射面１０４は、図８Ａに示すように２次ミラーの外縁部の周囲の光を偏向ミラー９８に向けて反射することができる。
【００５１】
次に光は、磁気レンズ４６の中心軸９９と交差した基板の部分（すなわち、第１の試験位置内の特定の計測パッド１２２）上に偏向ミラー９８によって反射することができる。偏向ミラー９８から基板１１８上に反射された光は、磁気レンズ４６の中心軸９９に対し同軸上にある中心軸と束になっているとみなすことができる。次いで光は、基板１１８から反射して反射システム９２を通ってカメラ８８内に戻ることができる。上述のパターン認識ソフトウェアを用いると、図１Ａに示すようにコンピュータ制御卓３２は、図７に示すような計測パッド１２２が試験位置に適切に配置されたかどうかを判定することができる。
【００５２】
観察サブシステム４４は、試験が行われている間、基板１１８上で法線角度又は真下方向に試験されている基板１１８の部分を見ることができる。
【００５３】
図８Ａを更に参照すると、次に電磁放射線源サブシステム４２を作動させて、Ｘ線を基板１１８上に向けることができる。ここで図２を参照すると、電子源６６内の電子銃７２を作動させて、電子ビーム１２６をビーム成形器７４に通して開口部７８を介してケーシング７６の外に放出することができる。
【００５４】
図８Ｂは、電子ビーム１２６が通過するビーム成形器７４を示している。ビーム成形器の開口部８４内で特定の電場が発生されるように、種々の正及び負電荷をビーム成形器内のポール８２に供給することができる。図８Ｂに具体的に示すように、電子ビーム１２６がビーム成形器の開口部８４を通過すると、ビーム１２６は、特定の方向に成形され、又は脱焦することができる。図示した実施例では、ビーム１２６は、実質的に、長さ１２８及び幅１３０を有する矩形断面又は形状を有するように成形される。長さ１２８は、実質的に第１の長さ方向１３２に延びることができ、幅１３０は、実質的に第１の幅方向１３４に延びることができる。この場合も図８Ａを参照すると、ビームは、電子源６６を出てアノード６８上に向けることができる。
【００５５】
図８Ｃは、図８Ｂに示す電子ビーム１２６が、アノード標的表面８６に衝突したときのアノード６８を示している。図示のように、ビーム１２６は、長さ１２８が第１の長さ方向１３２に延び、幅１３０が第１の幅方向１３４に延びた状態で依然として実質的に矩形を有することができる。詳細には図示されていないが、アノードの標的表面において、例えば、ビーム１２６の長さ１２８は、約８４ミクロンにすることができ、ビーム１２６の幅は約４５ミクロンにすることができる。ビーム１２６のパワーは、例えば、約２００ワットのような１００ワットよりも大きくすることができる。本発明の１つの実施形態では、ｅビームを成形して、１：１よりも大きな、好ましくは２：１よりも大きな、実施形態によっては３：１よりも大きなアスペクト比（長さ：幅）を有する細長いｅビームプロファイルを生成する。本発明の１つの実施形態では、２０から２００ミクロンの長さと２０から２００ミクロンの幅とを有するｅビームプロファイルが形成される。加えて、本発明の１つの実施形態では、ｅビームのパワーは４から２００ワットである。当技術分野で一般に理解されているように、アノード６８に衝突する電子により、Ｘ線をアノード６８の材料から放出させることができる。アノードは、損傷を受けることなく面積当たりにある一定のｅビームパワーに耐えることだけができる点は理解されるべきである。次に、細長いビームを形成することによって、且つビームの面積を増大することによって、より大きなパワーをビーム内に配置することができ、これによってアノードを損傷することなくより多くのＸ線を発生させることができる。ｅビームの面積を２倍にすることにより、アノードを損傷することなく該アノードに印加されるパワーを２倍にすることができる。
【００５６】
図８Ａに再度戻って参照すると、Ｘ線ビーム１２７は、アノード６８から単色光分光器７０上に伝播することができ、該単色光分光器は、Ｘ線の選択された周波数のみを基板１１８に向けて再配向して合焦する。
【００５７】
図８Ｄは、Ｘ線ビーム１２７が基板１１８の上面１２４に衝突するときの基板１１８を示している。図示のように、Ｘ線ビーム１２７は、アノード６８上のｅビームの形状、大きさ及び向きと同じ基板１１８上の相対的形状及び向きを維持することができる。しかしながら、Ｘ線ビーム１２７は、ｅビーム１２６よりもわずかに大きな大きさを得ることができる。大きな収集角度を有する大面積単色光分光器を使用することにより、基板１１８上のＸ線ビーム１２７の形状をアノード６８上のｅビーム１２６の形状及び向きと高度に相関付けることができる。本発明の１つの実施形態では、Ｘ線ビームは、少なくとも１：１、好ましくは２：１よりも大きな、更に実施形態によっては３：１よりも大きなアスペクト比（長さ：幅）を有する長楕円形又は矩形形状を有する。１つの具体的な実施形態では、Ｘ線１２７は、１００ミクロンよりも長い、具体的には図示の実施例において、約１１０ミクロンの長さと約４０ミクロンの幅を有し、計測パッド１２２の寸法と一致させることができる。
【００５８】
例証の目的で、ｅビーム１２６及びＸ線ビーム１２７が幾つかの表面から向けられている事にもかかわらず、依然としてビームによって形成されたイメージは、第１の長さ方向１３２に延びる長さと、第１の幅方向１３４に延びる幅とを有するとみなすことができる。
【００５９】
当技術分野で一般に理解されているように、図１Ｂと共に図８Ａを参照すると、Ｘ線１２７が原子レベルで基板１１８上の材料に衝撃を与えると、計測パッド１２２上の材料内の電子が励起されて、基板１１８の計測パッド上の材料内の原子のそれぞれの軌道から排出することができる。
【００６０】
当業者には理解されるように、磁気レンズ４６を作動させて、磁気レンズ４６の中心軸９９の周りに回転対称を有する計測チャンバ３０内に磁場を発生させることができる。従って、電子すなわち光電子２００は、磁場によって中心軸９９に沿って真上に誘導し、偏向ミラー９８内の開口部を通過して、計測分析器４８の電子分光計又は半球型分析器のアパーチャ及び検出器に入ることができる。光電子が基板１１８から分析器４８まで伝播すると、該光電子は、可視光線の束の中心軸及び磁気レンズ４６の中心軸９９と同軸上にある中心軸と束になって配列することができる。従って、観察サブシステム４４からの可視光線が基板１１８上に伝播する方向は、光電子が基板１１８から分析器４８内に伝播する方向と実質的に平行にすることができる。
【００６１】
磁気レンズ４６が基板１１８に近接近していることに起因して、光電子を誘導する上で磁場の有効性が最大になる点に留意されたい。加えて、図１Ｂに示すように、磁気レンズが真空チャンバ５０内に位置付けられていないことにより、磁気レンズが何らかのメンテナンスを必要とする場合に、磁気レンズ４６は、真空チャンバ内の構成部品を外気に曝すことなくアクセスすることができる。
【００６２】
電子分光計又は半球型分析器は、電子の運動エネルギー又は速度に基づいて基板上の計測パッド上の材料の組成を求めることができる。
【００６３】
加えて、前述のように計測ツール２０はまた、種々の層及びプロファイルの厚さ、基板１１８上の層内の異なる化学種の分布、及び深さ分布重心を求めることができる。
【００６４】
次いで、図８Ａ及び９Ａに示すように、基板支持体６０を移動させて、磁気レンズ４６の中心軸９９の上（すなわち第２の試験位置）に異なる計測パッド１２２を位置付けることができる。上述のように、ロボットステージ４０の構造に起因して、基板支持体４０は、極座標系（Ｒ，θ）において基板１１８を移動させることができる。従って、基板１１８が異なる計測パッド１２２を試験するために移動されると、計測パッド１２２が第１の試験位置と比べて計測チャンバ３０の残りの部分に対して異なった向きになるように、基板１１８は回転を受けることができる。
【００６５】
図８Ａを更に参照すると、電子源６６を同様に作動させて、電子をアノード６８上に向けることができる。
【００６６】
図９Ｂは、基板１１８が図９Ａに示すような向きにされたときの、電子源６６内のビーム成形器７４を示している。図９Ｂに示すように、基板の回転の向きを一致させるために、ポール８２によって異なる電場を発生させることができる。図示のように、ビーム１２６は、依然として実質的に矩形の形状にすることができるが、ビーム１２６の長さ１２８及び幅１３０は、図８Ｂに示すビーム１２６に対して回転させることができる。図９Ｂに示すように、長さ１２８は、ここでは第２の長さ方向１３６に延びることができ、幅１３０はここでは第２の幅方向１３８に延びることができる。
【００６７】
図９Ｃは、図９Ｂに示すビーム１２６がアノード標的表面８６に衝突するときのアノード６８を示している。図示のように、アノード標的表面８６上に示すビーム１２６は、図８Ｃに示すアノード標的表面８６上のビーム１２６と相対的に回転することができる。
【００６８】
加えて、「新たな」材料をアノード６８上に曝すため、アノード６８の標的表面８６の第２の部分をビーム１２６と衝突させることができるようにアノード６８をｘ／ｙ平面内で移動させることができる。従って、アノード６８から伝播するＸ線の数を最大にすることができる。ビームと衝突したアノードの第２の部分は、ビーム１２６が最初に衝突した部分と少なくとも部分的に重なる可能性がある。
【００６９】
上述のように、及び図８Ａに示すように、Ｘ線１２７は、アノード６８から伝播され、単色光分光器７０によって基板１１８上に再配向することができる。図９Ｄは、ビーム１２７が基板１１８の上面１２４に衝突するときの図９Ａに示す角度方向での基板１１８を示している。図示のように、ビーム１２７は、計測バッド１２２の角度方向を一致させるように回転している。従って、ビーム１２７は、計測バッド１２２が回転しているにもかかわらず、実質的に計測バッド１２２全体を覆うことができる。
【００７０】
更に図１Ｂと共に図８Ａを参照すると、電子は、上述のように計測パッド１２２上の材料によって１次ミラー９８内の開口部を通り計測分析器４８内に放出することができる。
【００７１】
回転又は成形などの上述の電子ビームの性質により、特にロボットステージが基板を極座標系で移動させるときに基板を試験することができる速度が増大する。また、基板に衝突するＸ線の数並びに計測分析器によって収集される光電子の数が最大になるように、アノードの標的表面上の電子ビームを移動させることによって、試験の効率及び精度も改善される。
【００７２】
加えて、基板１１８を試験するある段階としてロボット４０を使用するときに、ビーム成形及び観察システムを組み合わせることにより、基板１１８の表面全体にわたって計測標的を高速且つ正確に取得することが可能になる点は理解すべきである。基板１１８上の種々の計測パッド１２２の場所は、コンピュータ３２に予めプログラムされている。次に、コンピュータは、分析ビーム場所の下に計測パッド１２２を配置するように基板支持体６０の移動を指示する。しかしながら、基板を支持体上に誤配置され、結果として基板が中心から外れた位置になる可能性があるので、計測パッドの正確な位置が分からない場合がある。加えて、基板の正確な場所が分からない場合があるので、ロボットステージの移動は、幾らか予測不可能且つ不正確になり、問題が更に増える可能性がある。従って、計測パッドの予めプログラムされた場所は、計測パッドをＸ線ビームの下に直接又は正確に誤りなく配置することはできない。従って、本発明の実施形態では、パターン認識ソフトウェアと共に観察システムを用いて、基板支持体、従って計測パッドを適切な場所により近接して移動させることができる。本発明の１つの実施形態では、計測パッドが適切な場所のより近くに移動すると、ｅビーム１２６がアノード上に正確に操向され、試験されることになる計測パッドの上に直接Ｘ線ビームを誤りなく配置することができる。本発明の１つの実施形態では、ロボット及び観察システムを用いて、試験されることになる計測パッドを適切な場所の約１０−５０ミクロンの範囲内まで移動させ、次いで、ｅビーム１２６を成形及び移動させて、Ｘ線ビーム１２７を計測パッドの上に正確に配置することができる。このようにして、多少不正確さのあるロボットを用いて、基板計測区域をＸ線ビーム１２７の下に配置するために完全に正確なステージを提供することができる。
【００７３】
図１０Ａ−１０Ｃは、図１Ｂに示す観察サブシステム４４及び電磁放射線源サブシステム４２に対する基板１１８の高さの補正を示している。図１０Ａに示すように、レーザ１１２は、レーザ光のビームを基板１１８の上面から離れてレンズ１１６のアレイを通すように向けることができる。次いで、レーザ光が衝突して、レーザ検出器１１４により検出することができる。図１０Ｂに示すように、ロボットアーム５８が、ロボットアームの移動の不完全性、並びに湾曲又は反りに起因する上面１２４の厚さの変動及び高さの変化など、基板１１８の不完全性に起因して、計測チャンバ３０内の種々の位置間で基板１１８を移動させると、基板１１８の上面１２４から反射されるレーザ光は、同じ場所にあるレーザ検出器１１４に入ることはできない。
【００７４】
従って、図１Ａに示すコンピュータ制御卓との関連において、レーザ検出器は、基板１１８の上面１２４の高さの変動を検出することができる。次に、図１０Ｃに示すように、ロボットアーム５８は、基板支持体６０の高さ、及び基板１１８の上面１２４とを調整して、図１Ｂに示すように計測チャンバ３０内の他の構成部品から一定の距離を維持することができる。加えて、図４に示すように、アノード６８は、該アノード６８をｘｙ平面及び垂直方向（ｚ方向）で移動させることができるステージに接続される。検出器サブシステム２１０の高さによりアノード６８の高さを正確にすることができる。高さ検出器サブシステム２１０は、レーザビーム２１２及びレンズ２１６のアレイを含み、レーザ光をアノード６８の上面に照らす。次いでレーザ光は、レーザ検出器２１４によって検出することができる。レーザ及び検出器は、アノード高さを正確に測定し且つ制御することを可能にする。
【００７５】
アノードを垂直方向（ｚ方向）で正確に制御する能力により、アノード表面が非平面である場合でも、該アノード表面を単色光分光器の焦点に正確に配置することが可能になる。このようにして、アノードは、ｘｙ平面、及びアノード高さを調整することによって補償されるアノード表面において何らかの非平面状に移動することができる。同様に、垂直方向（ｚ方向）で基板支持体を正確に制御する能力により、基板表面の高さが基板非平面性、反り又はロボットの不完全性に起因して変化する可能性があるときでも、基板表面を単色光分光器の焦点に正確に配置することが可能になる。
【００７６】
１つの利点は、ロボットステージを用いて、ロードロックチャンバから基板を取り出し、電磁放射線源サブシステムの下に基板を位置付けることができる点である。従って、ロードロックチャンバから基板を除去するのに別個の機械が必要ではなく、計測ツールの費用が低減される。
【００７７】
別の利点は、単一の機械を用いて、ロードロックチャンバから基板を除去し、試験位置の際に該基板を試験位置内に位置付けるので、基板支持体の真下のスペースが、基板を移動するのに必要なあらゆるハードウェアをなくすことができる点である。従って、磁気レンズは、基板支持体により近接して位置付けることができ、該基板支持体は、基板から計測分析器内に電子を誘導する際に磁気レンズによって生成された磁場の有効性を高め、及び／又は効果的に電子を計測分析器内に誘導するのに必要な磁場の強度を低くする。
【００７８】
別の利点は、試験している基板の部分が、該基板の上面に対して法線の方向で観察サブシステムによって見ることができる点である。加えて、試験された基板の部分は、試験が行われている間見ることができる。
【００７９】
別の利点は、磁気レンズが真空チャンバの外に配置されるので、磁気レンズに必要なあらゆる修理は、計測チャンバの内容物を外気に曝すことなく実施することができる点である。従って、計測チャンバ内のあらゆる汚染の可能性が低減される。別の利点は、観察サブシステムが可動部品を含まない点である。
【００８０】
他の実施形態では、上述のシステムの特定の態様だけを利用してもよい。例えば、真空チャンバの外側に位置付けられたものとして記載された磁気レンズは、記載された特定の観察システムがなくとも用いることができる。
【００８１】
特定の例示的な実施形態が説明され且つ添付図面において図示されたが、このような実施形態は例証に過ぎず本発明を限定するものではないこと、並びに、当業者が修正を想到することができるので、本発明は、図示され記載された具体的な構造及び構成に限定されない点は理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１Ａ】計測チャンバを含む半導体基板処理装置の概略平面図である。
【図１Ｂ】図１に示す計測チャンバの概略断面図である。
【図１Ｃ】図１に示す計測チャンバの概略側面図である。
【図１Ｄ】図１に示す計測チャンバの概略断面図である。
【図２】図１に示す計測チャンバ内の電子源の側断面図である。
【図３】図２に示す電子源内のビーム成形器の図２の３−３における断面図である。
【図４】図１に示す計測チャンバ内のアノードの斜視図である。
【図５】図１に示す計測チャンバ内の焦点対物レンズの斜視図である。
【図６】図１に類似した半導体基板処理装置の概略平面図である。
【図７】半導体基板の平面図である。
【図８Ａ】図１Ｃに類似した計測チャンバの概略側断面図である。
【図８Ｂ】図３に類似したビーム成形器の側断面図である。
【図８Ｃ】図４に類似したアノードの斜視図である。
【図８Ｄ】図７に類似した半導体基板の平面図である。
【図９Ａ】図１に示す計測チャンバ内の半導体基板のその移動を示す平面図である。
【図９Ｂ】図３及び８Ｂに類似したビーム成形器の断面図である。
【図９Ｃ】図４及び８Ｃに類似したアノードの斜視図である。
【図９Ｄ】図７及び８Ｄに類似した半導体基板の平面図である。
【図１０Ａ】図１に示す計測チャンバの概略側断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
２０  計測ツール
２２  フレーム
２４  ウエーハカセット
２６  輸送サブシステム
２８  ロードロックチャンバ
３０  計測チャンバ
３２  コンピュータ制御卓
３４  輸送トラック
３６  輸送機構
３８  チャンバ壁
４０  ロボットステージ
４８  計測分析器
５０  真空チャンバ
５６  ベース
５８  ロボットアーム
６０  基板支持体
６２、６４  セグメント
６６  電子源
６８  アノード
７０  単色光分光器
７６  ケーシング
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2009510433.tif 000004
【図１Ｃ】
2009510433.tif 000005
【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
2009510433.tif 000008
【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】
2009510433.tif 000013
【図８Ｂ】
2009510433.tif 000014
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
2009510433.tif 000016
【図９Ａ】
2009510433.tif 000017
【図９Ｂ】
2009510433.tif 000018
【図９Ｃ】
2009510433.tif 000019
【図９Ｄ】
2009510433.tif 000020
【図１０Ａ】
2009510433.tif 000021
【図１０Ｂ】
2009510433.tif 000022
【図１０Ｃ】
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【国際調査報告】
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