(57)【要約】【課題】  本願は概して光計測に関し、より詳細には、フォトニックナノジェットによる半導体ウエハの検査領域の検査に関する。【解決手段】  製造クラスタは、光学測定を用いて制御することができる。製造プロセスは、製造クラスタを用いて、ウエハ上で実行されて良い。誘電体ミクロン球の光のあたらない表面で誘起される光強度パターンであるフォトニックナノジェットが生成される。ウエハ上の検査領域はフォトニックナノジェットによって走査される。フォトニックナノジェットが検査領域を走査する際、誘電体ミクロン球からの再帰反射光が測定される。検査領域内での構造の存在は、再帰反射光の測定結果によって決定される。製造クラスタの1種類以上のパラメータは、検査領域内での構造の存在の決定に基づいて調節される。【選択図】  図3
2008294409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハの検査領域を検査する方法であって：
誘電体ミクロン球の光のあたらない表面で誘起される光強度パターンであるフォトニックナノジェットを生成する手順；
前記フォトニックナノジェットで前記検査領域を走査する手順；
前記検査領域が前記フォトニックナノジェットで走査される際、前記誘電体ミクロン球からの再帰反射光を測定する手順；及び
前記再帰反射光の測定によって前記検査領域内の構造の存在を決定する手順；
を有する方法。
【請求項２】
前記の検査領域内の構造の位置を決定する手順をさらに有する、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記の再帰反射光の測定によって前記の検査領域内の構造の高さ及び幅を決定する手順をさらに有する、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記の構造の高さ及び幅を決定する手順が：
前記の再帰反射光の測定によって後方散乱特性を測定する手順；
後方散乱特性並びに対応する構造の高さ及び幅のライブラリから、前記の測定された後方散乱特性と適合する後方散乱特性を決定する手順；並びに
前記ライブラリから前記適合する後方散乱特性に対応する高さ及び幅となるように、前記の検査領域内の構造の高さ及び幅を決定する手順；
を有する、
請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記フォトニックナノジェットが連続波レーザーによって生成される、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記構造が、ゲート、ライン、コンタクトホール、ビア、ドレイン、及び周期構造からなる群から選ばれる、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記構造が汚染粒子である、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記の検査領域を走査する手順の実行前に第1製造クラスタを用いて前記ウエハ上での製造プロセスを実行する手順であって、前記フォトニックナノジェットによって走査される前記検査領域は前記ウエハ上に位置し、前記検査領域上で前記製造プロセスは実行される、手順；及び
前記の検査領域内の構造の存在の決定に基づいて前記第1製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータを調節する手順；
をさらに有する、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記の再帰反射光の測定によって前記の検査領域内の構造の高さ及び幅を決定する手順；並びに
前記の検査領域内の構造の決定された高さ及び幅に基づいて前記第1製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータを調節する手順；
をさらに有する、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記の検査領域内の構造の決定された高さ及び幅に基づいて第2製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータを調節する手順をさらに有する、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記の検査領域内の構造の存在の決定に基づいて第2製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータを調節する手順をさらに有する、請求項8に記載の方法。
【請求項１２】
前記第2製造クラスタが前記第1製造クラスタの前にウエハの処理を行う、請求項10又は11に記載の方法。
【請求項１３】
前記第2製造クラスタが前記第1製造クラスタに続いてウエハの処理を行う、請求項10又は11に記載の方法。
【請求項１４】
半導体ウエハの検査領域をコンピュータに検査させる、コンピュータによる実行が可能な命令を有するコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体であって：
誘電体ミクロン球の光のあたらない表面で誘起される光強度パターンであるフォトニックナノジェットを生成する命令；
前記フォトニックナノジェットで前記検査領域を走査する命令；
前記検査領域が前記フォトニックナノジェットで走査される際、前記誘電体ミクロン球からの再帰反射光を測定する命令；及び
前記再帰反射光の測定によって前記検査領域内の構造の存在を決定する命令；
を有するコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１５】
前記の検査領域内の構造の位置を決定する命令をさらに有する、請求項14に記載のコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１６】
前記の再帰反射光の測定によって前記の検査領域内の構造の高さ及び幅を決定する手順をさらに有する、請求項14に記載のコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１７】
前記の構造の高さ及び幅を決定する命令が：
前記の再帰反射光の測定によって後方散乱特性を測定する命令；
後方散乱特性並びに対応する構造の高さ及び幅のライブラリから、前記の測定された後方散乱特性と適合する後方散乱特性を決定する命令；並びに
前記ライブラリから前記適合する後方散乱特性に対応する高さ及び幅となるように、前記の検査領域内の構造の高さ及び幅を決定する命令；
を有する、
請求項16に記載のコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１８】
第1製造クラスタを用いて前記ウエハ上での製造プロセスが実行されるコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体であって、前記の検査領域内の構造の存在の決定に基づいて前記第1製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータを調節する命令をさらに有する、請求項14に記載のコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１９】
前記の再帰反射光の測定によって前記の検査領域内の構造の高さ及び幅を決定する手順；並びに
前記の検査領域内の構造の決定された高さ及び幅に基づいて前記第1製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータを調節する手順；
をさらに有する、請求項18に記載のコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体。
【請求項２０】
前記の検査領域内の構造の決定された高さ及び幅に基づいて第2製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータを調節する手順をさらに有する、請求項19に記載のコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体。
【請求項２１】
前記の検査領域内の構造の存在の決定に基づいて第2製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータを調節する手順をさらに有する、請求項18に記載のコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体。
【請求項２２】
前記第2製造クラスタが前記第1製造クラスタの前にウエハの処理を行う、請求項20又は21に記載のコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体。
【請求項２３】
前記第2製造クラスタが前記第1製造クラスタに続いてウエハの処理を行う、請求項20又は21に記載のコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体。
【請求項２４】
構造の存在を決定するために半導体ウエハの検査領域を検査するシステムであって：
光源；
光ファイバ；
該光ファイバの先端部と結合する光学レンズ；
前記光ファイバの先端部と結合する誘電体ミクロン球；
前記光ファイバと接続して、前記誘電体ミクロン球からの再帰反射光を測定するように備えられた検出器；及び
該検出器と接続して、前記の再帰反射光の測定によって前記検査領域内での構造の存在を決定するように備えられたプロセッサ；
を有するシステムであって、
前記誘電体ミクロン球の光の当たらない表面で誘起されるフォトニックナノジェットが光強度パターンとして生成される、
システム。
【請求項２５】
前記光ファイバと接続する光サーキュレータをさらに有するシステムであって、
前記検出器は前記光サーキュレータを介して前記光ファイバと接続し、かつ
前記光サーキュレータは、前記光ファイバを介して透過する前記再帰反射光を、前記誘電体ミクロン球から前記検出器へ送るように備えられている、
請求項24に記載のシステム。
【請求項２６】
前記誘電体ミクロン球に隣接して設けられる範囲探知器をさらに有するシステムであって、前記範囲探知器は、前記ウエハと前記フォトニックナノジェットとの間の距離を測定するように備えられている、請求項24に記載のシステム。
【請求項２７】
前記プロセッサがさらに、前記の検査領域内の構造の高さ及び幅を決定するように備えられている、請求項24に記載のシステム。
【請求項２８】
後方散乱特性並びに対応する構造の高さ及び幅のライブラリをさらに有する、請求項27に記載のシステム。
【請求項２９】
前記プロセッサが、
前記の再帰反射光の測定によって後方散乱特性を測定し、
前記ライブラリから、前記の測定された後方散乱特性と適合する後方散乱特性を決定し、並びに、
前記ライブラリから前記適合する後方散乱特性に対応する高さ及び幅となるように、前記の検査領域内の構造の高さ及び幅を決定する、
ように備えられた、請求項28に記載のシステム。
【請求項３０】
前記光源が連続波レーザーである、請求項24に記載のシステム。
【請求項３１】
前記構造が、ゲート、ライン、コンタクトホール、ビア、ドレイン、及び周期構造からなる群から選ばれる、請求項24に記載のシステム。
【請求項３２】
前記構造が汚染粒子である、請求項24に記載のシステム。
【請求項３３】
前記ウエハ上で製造プロセスを実行するように備えられた第1製造クラスタ；及び
該第1製造クラスタと接続して、前記の検査領域内の構造の存在の決定に基づいて前記第1製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータを調節する計測プロセッサ；
をさらに有する、請求項24に記載のシステム。
【請求項３４】
前記計測プロセッサが、
前記の再帰反射光の測定によって前記の検査領域内の構造の高さ及び幅を決定、並びに
前記の検査領域内の構造の決定された高さ及び幅に基づいて前記第1製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータを調節する、
ように備えられている、請求項33に記載のシステム。
【請求項３５】
第2製造クラスタをさらに有するシステムであって、前記計測プロセッサは、前記の検査領域内の構造の決定された高さ及び幅に基づいて前記第2製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータを調節するように備えられている、請求項34に記載のシステム。
【請求項３６】
第2製造クラスタをさらに有するシステムであって、前記計測プロセッサは、前記の検査領域内の構造の存在の決定に基づいて前記第2製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータを調節するように備えられている、請求項33に記載のシステム。
【請求項３７】
前記第2製造クラスタが前記第1製造クラスタの前にウエハの処理を行う、請求項35又は36に記載の方法。
【請求項３８】
前記第2製造クラスタが前記第1製造クラスタに続いてウエハの処理を行う、請求項35又は36に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は概して光計測に関する。より詳細には本願は、フォトニックナノジェットによる半導体ウエハの検査領域の検査に関する。
【背景技術】
【０００２】
現状が集積回路(IC)素子の配置を小さくする方向に進んでいることで、IC素子の特徴部位が小さくなるため、そのような特徴部位の測定はますます難しくなっている。光学測定及び分光技術は十分に確立されている。しかし従来の光学顕微鏡には根本的な限界が存在する。非近接場領域内を伝播する光電場で対象物を可視化する場合では、根本的な制約は光の回折である。この光の回折により、従来の光学顕微鏡は、可視光の半波長である約200nm程度の空間分解能に制限される。関心ある問題がナノメートル領域にまで向かうことで、ナノメートルスケールの分解能又は感度を可能にする可視化技術の重要性は、着実に増してきている。
【非特許文献１】オーウェン(J.F.Owen)、チャン(R.K.Chang)及びバーバー(P.W.Barber)、光学速報誌(Optics  Letters)、第6巻、pp.540-542、1981年
【非特許文献２】ベニンカサ(D.S.Benincasa)、バーバー(P.W.Barber)、ザン(J.-Z.Zhang)、シー(W.-F.Hsieh)及びチャン(R.K.Chang)、応用光学(Applied  Optics)、第26巻、pp.1348-1356、1987年
【非特許文献３】アドラー(C.L.Adler)、ロック(J.A.Lock)、ストーン(B.R.Stone)及びガルシア(C.J.Garcia)、米国光学会誌、A14巻、pp.1305-1315、1997年
【非特許文献４】ロック(J.A.Lock)、アドラー(C.L.Adler)及びホベナック(E.A.Hovenac)、米国光学会誌、A17巻、pp.1846-1856、2000年
【非特許文献５】リュー(Y.-L.Xu)、応用光学(Applied  Optics)、第34巻、pp.4573、1995年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
エバネッセント場を利用する近接場光学法は、非近接場光学系の回折限界を超えるものとして開発されてきた。特に近接場走査型光学顕微鏡(NSOM)と呼ばれる近接プローブ技術は、回折限界を超えた範囲にまで光学測定範囲を拡張し、かつ特に材料科学や生物科学のような多くの学問領域での関心を引き起こしている。しかし光の収集効率が低く、像取得速度が比較的低く、及びNSOM表面下の対象物を可視化すなわち感知できないため、NSOMの用途は根本的に制約を受けている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
製造クラスタは、光学測定を用いて制御することができる。製造プロセスは、製造クラスタを用いて、ウエハ上で実行されて良い。誘電体ミクロン球の光のあたらない表面で誘起される光強度パターンであるフォトニックナノジェットが生成される。ウエハ上の検査領域はフォトニックナノジェットによって走査される。フォトニックナノジェットが検査領域を走査する際、誘電体ミクロン球からの再帰反射光が測定される。検査領域内での構造の存在は、再帰反射光の測定結果によって決定される。製造クラスタの1種類以上のパラメータは、検査領域内での構造の存在の決定に基づいて調節される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明のより完全な理解を供するため、以降の記載は、たとえば特定の配置、パラメータ、例等の具体的な詳細について説明する。しかし係る記載は、本発明の技術的範囲を限定することを意図しているわけではなく、典型的実施例をより良く説明することを意図していることに留意して欲しい。
【０００６】
図1は、半導体ウエハの検査領域を検査する典型的方法を示す流れ図である。工程102では、フォトニックナノジェット、つまり誘電体ミクロン球の光のあたらない表面で誘起される光強度パターン、が生成される。この工程については「フォトニックナノジェットの生成」の項で詳細に論じているので参照して欲しい。
【０００７】
工程104では、フォトニックナノジェットによって検査領域が走査される。検査領域は、ウエハに対してフォトニックナノジェットを動かし、フォトニックナノジェットに対してウエハを動かし、又はウエハとフォトニックナノジェットの両方を動かすことによって、走査されて良い。ウエハは、移動ステージを用いて動かして良い。ナノジェットは、アクチュエータを用いて動かして良い。ウエハ及び/又はナノジェットの微細な移動は、圧電性位置設定アクチュエータ又はそれと同様のシステムによって実現されて良い。
【０００８】
検査領域は、ウエハ及び/又はナノジェットの連続的又は離散的な移動によって走査されて良いことに留意して欲しい。たとえば検査領域は、ナノジェットを検査領域全体にわたって連続的に動かすことによって走査されて良い。あるいはその代わりに検査領域は、ナノジェットを検査領域内の一の位置に動かし、その位置でナノジェットを止めた後に、ナノジェットを検査領域内の他の位置に動かすことによって走査されても良い。
【０００９】
工程106では、フォトニックナノジェットによって検査領域が走査される際に、誘電体ミクロン球からの再帰反射光が測定される。詳細には、フォトニックナノジェットがウエハ表面と相互作用することで、入射光の一部が誘電体ミクロン球から再帰反射される。再帰反射光は、検出器を用いて測定されて良い。測定器には、フォトダイオード、光電子増倍管、又は他のモノクロメータに基づく装置が含まれて良い。
【００１０】
工程108では、検査領域内での構造の存在は、再帰反射光の測定によって決定される。具体的には、後方散乱特性は、再帰反射光の測定によって得ることができる。ナノジェットが検査領域内の構造と衝突するとき、後方散乱特性が大きさにして数桁変化するのが観測できる。よって構造の存在は、測定された後方散乱特性と、過去に測定されたナノジェット中に構造が存在しない場合での後方散乱特性とを比較することによって決定することができる。あるいはその代わりに、測定された後方散乱特性は、後方散乱特性のライブラリと比較されても良い。後方散乱特性のライブラリは、ナノジェット内に構造が存在する場合としない場合についてシミュレーション又は測定されたものである。測定された後方散乱特性が、ナノジェット内に構造が存在する場合についてシミュレーション又は測定されたライブラリから得られた後方散乱特性と一致する場合、構造は存在するものと決定される。測定された後方散乱特性が、ナノジェット内に構造が存在しない場合についてシミュレーション又は測定されたライブラリから得られた後方散乱特性と一致する場合、構造は存在しないものと決定される。
【００１１】
その構造は、半導体ウエハ上に形成される、独立した、非周期的又は周期的構造であって良い。そのような構造はたとえば、ゲート、ライン、コンタクトホール、ビア、ドレイン、周期的構造等である。それに加えて、構造はたとえば汚染粒子のような外部から入り込んで物質であっても良い。構造の存在を決定することによって、製造プロセスを評価することができる。たとえば構造をウエハ上の特定位置に形成されることが意図されている場合、その特定位置を検査することで、その構造が存在するか否かが決定されて良い。構造が存在しない場合、製造プロセスの失敗を検出することができる。あるいはその代わりに、ウエハ上の特定位置がパターニングされてはならない場合、その特定位置が検査されることで、汚染粒子を含む構造が存在するか否かを決定することができる。その構造が存在する場合、製造プロセスでの失敗又は製造プロセスの汚染を検出することができる。
【００１２】
検査領域内の構造の存在を決定することに加えて、一の典型的実施例では、再帰反射光の測定によって、構造の高さ及び幅を決定することが可能である。上述したように、測定された後方散乱特性は、再帰反射光の測定によって得ることができる。測定された後方散乱特性には、後方散乱強度が含まれて良い。後述するように、増大した後方散乱強度（ナノジェット内に構造がある場合とない場合での後方散乱強度の差）は、構造の高さ及び幅の3乗に比例する。よって構造の高さ及び幅は、増大した後方散乱強度に基づいて決定することができる。
【００１３】
ライブラリに基づいた方法では、構造の高さ及び幅は、測定された後方散乱特性と様々な高さ及び幅の構造に対応する後方散乱特性のライブラリとを比較することによって決定することができる。より詳細には、ライブラリ内の各後方散乱特性は、特定の高さ及び幅を有する構造に関連づけられる。測定された後方散乱特性とライブラリ内の後方散乱特性とが一致するとき、又は測定された後方散乱特性とライブラリ内の後方散乱特性のうちの1つとの差異が所定のすなわち一致基準の範囲内であるとき、ライブラリ内の一致する後方散乱特性に対応する構造の高さ及び幅は、その構造の実際の高さ及び幅であると推定される。ライブラリ内の後方散乱特性は、様々な高さ及び幅を有する構造についてシミュレーション又は過去に測定されたものであって良い。
【００１４】
それに加えて構造の位置を決定することが可能である。具体的には、ウエハ上のナノジェットの位置を、ナノジェット及び/又はウエハを移動させながら用いられる位置設定系から決定することができる。構造の存在が決定されたとき、ウエハ上のナノジェットの位置は、構造の位置を決定するのに用いることができる。
【００１５】
ナノジェットの幅よりも広い幅を有する構造の高さ及び幅を決定するため、その大きな構造が走査される。図9a-cは、大きな構造902を走査するフォトニックナノジェット906を図示している。図9a-cを参照すると、ナノジェット906は、誘電体ミクロン球904の光のあたらない表面で誘起される光強度パターンとして生成される。図10a-cは、図9a-cのフォトニックナノジェットの位置で測定された後方散乱信号に対応するグラフを示している。図10a-cのグラフのy軸は強度で、及びx軸は、度で表される散乱角である。
【００１６】
図9aは、大きな構造902の側部すなわち端部を覆うナノジェット906を図示している。図10aでの測定された後方散乱信号は、図9aに図示された構造902の一部を覆うように位置するナノジェット906に対応する。
【００１７】
図9bは、大きな構造902の中心部を覆うナノジェット906を図示している。図10bでの測定された後方散乱信号は、図9bに図示された構造902の端部以外を覆うように位置するナノジェット906に対応する。
【００１８】
図9cは、大きな構造902の図9aとは反対側の側部すなわち端部を覆うナノジェット906を図示している。図10cでの測定された後方散乱信号は、図9cに図示された構造902の一部を覆うように位置するナノジェット906に対応する。
【００１９】
上述した位置設定系からの位置情報は、1組の測定された後方散乱信号（たとえば図10a-cに図示された信号）と組み合わせられて良い。この組み合わせられた情報は、1方向での大きな構造の位置、幅、及び高さを決定するのに利用されて良い。
【００２０】
走査に沿った各点から得られて、まとめられた高さ情報は、1方向での構造902の高さすなわち様々な高さを決定するのに利用されて良い。構造の各部分での高さは個々の特性から決定されうることに留意して欲しい。しかし構造の他の部分は、様々な高さを有していると考えられる。従って構造の様々な高さを決定するのに構造全体を走査することが望ましいと考えられる。
【００２１】
さらに、他の方向での同様な走査を実行することで、構造902の他の大きさが決定されても良い。たとえば構造902が正方形であると仮定すると、垂直方向での走査によって、構造902の他2箇所の端部を決定することができる。位置設定系からの位置情報と垂直方向の走査によって特定された端部とを組み合わせることで、構造902の第3の大きさをも決定することができる。
【００２２】
この説明した実施例は、例示であって限定ではないと解すべきである。つまり様々な構造の大きさを決定するのには多数の測定方法が存在しうる。これらはまた、たとえば構造の端部をトレースするような、利用可能な様々な走査方法でもある。
【００２３】
図2は、半導体ウエハ上の検査領域を検査するフォトニックナノジェット計測系200の設計図である。一の典型的実施例では、フォトニックナノジェット計測系200は、光源202、光学レンズ204、光サーキュレータ206、光ファイバ214、誘電体ミクロン球216、検出器208、及びプロセッサ226を有する。
【００２４】
図2に図示されているように、光ファイバ214の先端部は、光学レンズ204と結合する。光ファイバ214の先端部は誘電体ミクロン球216と結合する。光ファイバ214の先端部と誘電体ミクロン球216とは、接着剤を用いて結合して良い。あるいはその代わりに、誘電体ミクロン球は、対向して伝播する2本のCO2レーザービームによって光ファイバ214の先端を溶融することによって直接的に作製されても良い。ミクロン球の大きさは、加熱時間及び/又はレーザー出力を制御することによって、正確に制御することができる。
【００２５】
たとえば連続波レーザーのような光源202がレンズ204を介して光ファイバへ光を導入するとき、誘電体ミクロン球216には入射光210が照射される。以降でより詳細に論じるように、フォトニックナノジェット228は、誘電体ミクロン球216の光のあたらない表面で誘起される光強度パターンとして生成されて良い（図4及び5を参照のこと）。誘電体ミクロン球は、多数の販売元からすぐに入手できる。誘電体ミクロン球の適切な選択については後述する。
【００２６】
ウエハ218上の検査領域は、フォトニックナノジェット228によって走査される。フォトニックナノジェット228がウエハ表面と相互作用することで、入射光の一部が誘電体ミクロン球216から再帰反射される。再帰反射光212は光ファイバ214を介して戻る。光ファイバ214と接続する検出器208は、再帰反射光212を測定する。検出器208と接続するプロセッサ226は、再帰反射光212の測定によって、検査領域内の構造の存在を決定することができる。上述したように、後方散乱特性のライブラリは、構造の存在を決定するのに用いられて良い。
【００２７】
図2に図示されているように、本発明の典型的実施例では、光サーキュレータ206が、光ファイバ214に沿って、光学レンズ204と誘電体ミクロン球216との間に設けられて良い。また図2に図示されているように、検出器208は、光サーキュレータ206を介して光ファイバ214と接続する。よって光ファイバ214は少なくとも3つのセグメント（つまり光学レンズ204と光サーキュレータ206とを接続する第1セグメント、光サーキュレータ206と誘電体ミクロン球216とを接続する第2セグメント、及び光サーキュレータ206と検出器208とを接続する第3セグメント）を含むことができると認められる。本発明の典型的実施例では、光ファイバ214は単一モードの光ファイバである。
【００２８】
上述したように、ウエハ218は、フォトニックナノジェット228に対して動くことができる。よって本発明の典型的実施例では、フォトニックナノジェット計測系200は、ステージ220、試料移動装置222、及びステージ位置設定系224を有する。試料移動装置222は、ステージ220上のウエハ218を自動で位置設定及び配向するように備えられて良い。ステージ220は、x軸、y軸、及びz軸についての移動及び回転を含む6の自由度を有するように備えられて良い。ステージ220の微細な位置合わせ及び位置設定は、ステージ位置設定系224によって制御されて良い。ステージ位置設定系224は、圧電性ナノ位置設定系、又は他の同様な系であって良い。
【００２９】
本発明の典型的実施例では、フォトニックナノジェット計測系200は、誘電体ミクロン球216に隣接する範囲探知器230を有して良い。範囲探知器230は、フォトニックナノジェット228とウエハ218との間の距離を測定するように備えられている。あるいはその代わりに、検出器208によって測定された後方散乱特性が、フォトニックナノジェット228とウエハ218との間の距離を測定するのに用いられても良い。具体的には、後方散乱特性の変化は、フォトニックナノジェット228とウエハ218との間の距離に関連づけることができる。フォトニックナノジェット228とウエハ218との間の距離を決定した後、適切な距離が、ステージ位置設定系224によって維持されて良い。
【００３０】
図2に図示されているように、プロセッサ226は、ステージ220、試料移動装置222、ステージ位置設定系224、及び範囲探知器230と接続して良い。プロセッサ226は、ステージ220、試料移動装置222、ステージ位置設定系224、及び範囲探知器230を用いてウエハ218の移動を制御するように備えられて良い。プロセッサ226として、如何なる数のプロセッサ又は制御装置が実装されても良いことが明らかである。
「フォトニックナノジェットの生成」
無限の円柱形状の誘電体から放出される平面波で構成される内部及び外部近傍の電磁場の空間分布について複数の計算結果が報告されてきた。これについては非特許文献1及び非特許文献2を参照して欲しい。これらの計算結果は、非共鳴条件でさえも、入射軸に沿って内部電場と外部近傍電場の両方で高強度のピークが存在しうることを示した。これらの近接場ピークの位置及び強度は、円筒とそれを取り囲む媒質との間の屈折率コントラスト、及び円筒のサイズパラメータx=ka=2πa/λに依存する（ここでaは半径で、λは入射波長である）。対角線上に入射する平面波が円筒によって散乱されることによって生成される内部及び外部の火面は、光線理論及び電磁波散乱理論の半古典極限を用いることによって検討された。これについては非特許文献3及び非特許文献4を参照して欲しい。
【００３１】
高分解能有限差分時間領域(FDTD)によるマクスウエル方程式の数値解法を用いることによって、誘電体円筒に照射される平面波の内部及び外部電場のピーク発生現象が検討された。2次元(2D)横方向磁場(TM)の場合について検討した。つまり磁場ベクトルは、一定の断面積を有する無限長の円筒の軸に垂直である。約500nmの光の波長及び約5μmの円筒直径について検討した。
【００３２】
FDTD計算コードは、複数の均質、等方的、環状の誘電体円筒の微分散乱断面積を計算し、かつこれらの結果を変数分離法に基づく厳密解と比較することによって実証されて良い。FDTDシミュレーションでは、完全吸収層(PML)による吸収境界条件が、計算格子の外部境界を効率的に終端するのに用いられて良い。セルサイズが1.25nm（全ての計算ランについての誘電体の波長の1/100よりも細かい）の均一な正方形を有するFDTD空間格子を用いることで、散乱断面積についての結果は、散乱角の全範囲にわたって±1.5dBの範囲内で厳密解と一致する。このレベルで一致する典型的な計算のダイナミックレンジは60dBであった。
【００３３】
図3は、円筒の屈折率がその周囲の媒質の屈折率に対して変化するにつれて、フォトニックナノジェットが進化する様子を示す重要な結果を図示している。この場合では、屈折率n2が1.0の無限真空媒質中に埋め込まれた直径dが5μmで屈折率n1の無限誘電体円筒について検討した。円筒は、媒質2内で右方向に伝播する波長λ2が500nmの正弦関数の平面波によって法線方向で照射される。図3(a)、図3(b)、及び図3(c)は、屈折率n1がそれぞれ3.5、2.5、及び1.7について、FDTDによって計算された、正弦関数で表される定常状態の電場の包絡線を可視化している。それぞれでn1が減少することで、内部電場ピークが、前進方向に沿って円筒の光のあたらない表面へ向かってシフトしているのが分かる。図3(c)では、電場ピークは、強いジェットのような分布で、円筒の光のあたらない表面から放出される。フォトニックナノジェットは、エバネッセント光でも回折光でもない。フォトニックナノジェットは、約900nmの長さ（2λ2）及び約250nmの半値全幅(FWHM)ウエイスト（0.5λ2）を有する。（電場の2乗で定義される）電場強度分布については、フォトニックナノジェットは、半波長よりも短い約200nmのウエイストを有する。n1〜2でのこの誘電体円筒の光のあたらない表面からナノジェットが放出される様子は、誘電体円筒によって生成される光学火面についてのこれまでの研究結果と基本的に合致する。
【００３４】
法線入射する平面波の散乱については、無限の真空媒質中に埋め込まれた誘電体円筒によって発生する内部先端の火面の焦線のカスプ点位置は、
【数１】
2008294409.tif 000003
で与えられる。p=1である近接領域の円筒収差の先端部の火面で構成される外部火面の焦線のカスプ点は、
【数２】
2008294409.tif 000004
で与えられる。ここでaは円筒の半径、n1は円筒の屈折率で、pは光線軌跡の内部弦の数を表す。つまり内部又は外部火面を生成する光線の群は、火面が生成される前に、p-1の内部反射を起こす。式(1)及び(2)は、内部電場ピークの位置を近似的に予測し、かつフォトニックナノジェットの進化を解析するのに用いることができる。
【００３５】
図3(c)に図示されたフォトニックナノジェットは、周辺の媒質の屈折率を増大させることによって細くすることができる。このことは、入射光の波長を短くすることと等価である。これは図4(a)に図示されている。図4(a)は、d=5μm、n1=3.5、n2=2.0、及びλ2=250nmのパラメータの組について、FDTD法によって計算された、正弦関数で表される定常状態の電場分布の包絡線を可視化している。図4(a)のフォトニックナノジェットは、約160nmのウエイスト及び約400nmの長さを有する。強度分布については、フォトニックナノジェットは、半波長よりも短い約120nmのウエイストを有する。n1/  n2及びd/λ2が図4(a)から変化しない場合、図4(a)と同様のフォトニックナノジェットは、d、n1、n2、及びλ2の様々な組み合わせを用いて生成することができることが分かった。これは図4(b)に図示されている。図4(b)は、d=6μm、n1=2.32275、n2=1.33、及びλ2=300nmのパラメータの組について、FDTD法によって計算された、正弦関数で表される定常状態の電場分布の包絡線を可視化している。図4(b)のフォトニックナノジェットは、約200nmのウエイスト及び約500nmの長さを有する。強度分布については、フォトニックナノジェットは、半波長よりも短い約130nmのウエイストを有する。他の例として、図4(c)は、d=10μm、n1=2.32275、n2=1.33、及びλ2=300nmのパラメータの組み合わせによって生成されるフォトニックナノジェットを図示している。
【００３６】
この場合の全パラメータは、円筒直径が6μmから10μmに増大したことを除けば、図4(b)でのパラメータと同一である。ここでナノジェットは約1000nmの長さ及び約200nmのウエイストを有する。強度分布については、フォトニックナノジェットは、半波長よりも短い約140nmのウエイストを有する。これらの例から、フォトニックナノジェットの長さは、円筒の大きさによって有効に制御される。他方フォトニックナノジェットのウエイストは、周囲の媒質での入射波長によって決定される。
【００３７】
フォトニックナノジェット現象は、2Dから3Dへすぐに拡張できる。2Dから3Dへの拡張とはつまり、誘電体微小円筒からミクロン球への拡張である。誘電体球の外部近接場の空間分布の計算は、ミー散乱理論に基づいている。ミー散乱理論では、球面座標系でのマクスウエル方程式の固有関数を変数分離によって厳密に解く。入射平面波はx軸に沿って直線偏光し、かつz軸に沿って伝播すると推定される。座標系の原点は、球の中心にとられる。よって単位振幅を有する入射波は、球面調和関数で次式のように展開される。
【００３８】
【数３】
2008294409.tif 000005
M及びNはベクトル球面調和関数である。散乱場の展開は、次式によって与えられる。
【００３９】
【数４】
2008294409.tif 000006
an及びbnは散乱係数である。M及びNの上付き添え字は、球面ベッセル関数の種類を表す。全外部強度は、次式によって定義される。
【００４０】
【数５】
2008294409.tif 000007
図5は、ミー級数計算から得られた、屈折率n1が1.73で半径aが3μmの誘電体球の光のあたらない表面から、入射方向に沿って放出される局在フォトニックナノジェットの強度分布を図示している。球は、屈折率Nが1の真空によって取り囲まれ、かつ波長300nmで照射されるものと仮定する。このフォトニックナノジェットの2つの特徴を観測することができる。2つの特徴とは、(a)フォトニックナノジェットの強度は最大で入射平面波強度の800倍であること、及び(b)フォトニックナノジェットはエバネッセント光でも回折光でもないこと、である。フォトニックナノジェットは、500nmよりも長い長さ、及び半波長（つまり回折限界）よりも短い130nmの半値全幅(FWHM)ウエイストを有する。
【００４１】
フォトニックナノジェットの生成には2つのパラメータが重要であることを明記しておく。球のサイズパラメータx=ka=2πa/λは、ナノジェットの大きさ（幅及び長さを含む）を制御する。他方球とその周囲の媒質との間の屈折率コントラストは、局在強度分布の位置を特定する。
「フォトニックナノジェット内でのナノ粒子及びナノ構造の検出」
フォトニックナノジェットは、ナノスケールの粒子及び構造と強く相互作用をすることができる。またフォトニックナノジェットは、ナノスケール構造からの後方散乱特性を数桁もの大きさで増大させることができる。フォトニックナノジェットについてのさらに他の計算によって、フォトニックナノジェット内に存在するナノメートルスケールの誘電体粒子による実効的な後方散乱は、フォトニックナノジェットによって顕著に増大することが確かめられた。微小円筒によって生成されたナノジェットと、ミクロン球によって生成されたナノジェットのいずれについてもこのような後方散乱の増大が起こる。唯一の差異は、増大の程度は、微小円筒によって生成されたナノジェットの場合よりも、ミクロン球によって生成されたナノジェットの場合の方がはるかに大きいことである。
【００４２】
図6及び図7は、微小円筒でのこの現象を示すFDTD数値実験の結果を図示している。詳細には、図4(b)の場合（d=6μm、n1=2.3275、n2=1.33、及びλ2=300nm）では、正方形の誘電体ナノ粒子が、6μmの円筒表面上のフォトニックナノジェットの中心に挿入されている。微細な分解能を有するナノ粒子を検出するため、FDTD計算コード内のデータは倍精度で表現された。図6aは、1辺の長さsが5nmであるナノ粒子がフォトニックナノジェットの中心に挿入された場合での、後方散乱の±10°以内での微分散乱断面積変化の絶対値のFDTD法による計算結果を図示している。図6bは、1辺の長さsが10nmであるナノ粒子がフォトニックナノジェットの中心に挿入された場合での、後方散乱の±10°以内での微分散乱断面積変化の絶対値のFDTD法による計算結果を図示している。これらの図はまた、挿入したナノ粒子に対応させて孤立したナノ粒子の微分散乱断面積をも図示している。各ナノ粒子の実効的な後方散乱断面積は数桁も増大しているのが分かる。具体的には5-nmの粒子で〜104、10-nmの粒子で〜103も増大しているのが分かる。それに加えて、10nm粒子の近後方散乱の微分断面積の極大幅は、5nm粒子の近後方散乱の微分断面積の極大幅よりも広い。これは、様々な大きさのナノ粒子を検出する他の検出体として機能しうる。図7は、後方散乱増大因子をナノ粒子の大きさの関数として図示している。はるかに大きな6μmの円筒によって生成されるフォトニックナノジェットが、ナノ粒子が孤立している場合に対して、ナノ粒子の実効的な後方散乱断面積を増大させることは明らかである。
【００４３】
以降の議論は、ナノ粒子によるミクロン球が誘起する後方散乱の増大に焦点を合わせる。ナノ粒子には、半導体特徴部位、及び、埃又は製造プロセスを汚染する恐れのある他の粒子が含まれるが、これらに限定されるわけではない。
【００４４】
mが小さな粒子の屈折率で、xが小さな粒子のサイズパラメータであるとすると、｜m｜x<<1のレイリー散乱極限では、レイリー散乱係数は、a1=(-2i/3)[(m2⊂1)/(m2⊂2)]x3で与えられる。対応する散乱振幅行列要素は、S1=3a1/2及びS2=3a1cosθ/2である。ここでθは散乱角である。その結果、無次元量である散乱強度｜S1｜2及び｜S2｜2はx6に比例することが分かる。Rを粒子から検出器までの距離とすると、実部の散乱強度Iは、I=｜S｜2/k2R2によって、無次元量｜S｜2と関連づけられる。従ってレイリー散乱極限での単一孤立ナノ粒子からの散乱強度は小さく、かつ粒径の現象とともに急激に減少する。単一孤立ナノ粒子からのそのような低レベルの散乱強度を検出することは、従来の光学装置を用いたのでは大抵の場合不可能である。
【００４５】
適切に選ばれた誘電体微小円筒又はミクロン球は、励起場をはるかに超える局在光電場のナノジェットを生成することができる。ナノジェット内に存在するナノ粒子による光の後方散乱が増大することで、大きさが1-100nmの粒子については、古典的レイリー散乱に対して、増大因子がそれぞれ1011-107となりうる。その現象は、ミクロンスケールの誘電体球とナノ粒子とが、そのミクロンスケールの誘電体球の光の当たらない面から一定の表面間距離をとるように位置するときに起こす相互作用を含む。
【００４６】
定量的データを得るため、ミー散乱理論の拡張である一般化された多粒子ミー散乱理論(GMM)が用いられる。GMMは、多数の球すなわち粒子による光の散乱についての厳密な解析解である。一般化された多粒子ミー散乱理論は非特許文献5でさらに論じられている。GMMが任意の配置をとる多粒子の相互作用による散乱効果を十分に説明するため、GMMは、ミクロン球及びナノ球の電磁波相互作用を計算する効率的な手段を供する。
【００４７】
GMM理論については、ナノ球と1つになるミクロン球の相互作用散乱係数は、次式で与えられる。
【００４８】
【数６】
2008294409.tif 000008
上付きの添え字であるM及びNは、それぞれミクロン球及びナノ球を表す。anM及びbnMは、孤立ミクロン球のミー散乱係数である。pmnM及びqmnMは、ミクロン球の中心（つまりミクロン球の座標系）での入射波の展開係数である。aμνM及びbμνMは、ナノ球の相互作用散乱係数である。Amnμν(N,M)及びBmnμν(N,M)は、ナノ球からの散乱波のミクロン球の入射波への変換を特徴付けるベクトル遷移係数である。右辺第1項は初期入射波の散乱を表し、第2項はナノ球によって散乱される場の散乱を表すことを明記しておく。
【００４９】
同様にミクロン球と1つになるナノ球の相互作用散乱係数は次式で与えられる。
【００５０】
【数７】
2008294409.tif 000009
2球系の全散乱係数は次式で与えられる。
【００５１】
【数８】
2008294409.tif 000010
ここでk=2π/λは波数、dはミクロン球とナノ球の中心間距離で、θは散乱角である。2球系の散乱振幅は次式で与えられる。
【００５２】
【数９】
2008294409.tif 000011
ここで
【数１０】
2008294409.tif 000012
Pnm(cosθ)は、次数(degree)nで位数(order)m（n及びmは整数）の第1種ルジャンドル陪関数である。後退方向では、S1(180°)=-  S2(180°)で、かつ2球系の無次元量である後方散乱強度は次式で与えられる。
｜S(180°)｜2=｜S1(180°)｜2=｜-S2(180°)｜2
GMM理論を用いることによって、ミクロン球-ナノ球系の無次元量である後方散乱強度を計算することができる。ここで屈折率mが1.1であるナノ球が図5のフォトニックナノジェット内に位置している。ミクロン球とナノ球の表面間距離は25nmである。この後方散乱強度は｜S｜2で表される。｜SM｜2で表される孤立ミクロン球の後方散乱強度も計算された。従ってナノ球によって導入されたミクロン球の後方散乱強度の摂動は次式のように定義される。
【００５３】
【数１１】
2008294409.tif 000013
この式は、ミクロン球との相互作用によるナノ球の後方散乱強度の増大を表す。
【００５４】
図8(a)は、式(13)の増大した後方散乱強度（赤の実線）と、｜SN｜2（青の破線）で表される孤立ナノ球の古典的レイリー後方散乱強度を、ナノ球のサイズパラメータの関数として比較している。図8(a)はまた、ミクロン球のレンズ集束効果（緑の破線）をも図示している。ミクロン球のレンズ集束効果とはつまり、高強度フォトニックナノジェットによるナノ球の照射によるものである。図8(b)は、比δ｜SM｜2/｜SN｜2、つまり後方散乱増大因子（赤の実線）を図示している。独立及び従属変数のダイナミックレンジが広いため、両対数スケールが用いられている。
【００５５】
図8から3つの特徴を見つけることができる。第1には、ナノ球の増大した後方散乱強度は、ナノ球の古典的レイリー散乱強度よりも7-11桁大きいことである。第2には、ミクロン球のレンズ集束効果により、このような最大で3桁もの増大を説明できることである。従って観測されたかなり増大する現象（super-enhancement  phenomenon）は、従来のマイクロレンズとは明瞭に区別される。第3には、増大した後方散乱強度も古典的レイリー散乱強度もナノ球のサイズパラメータのベキ乗に比例するが、増大した後方散乱強度についてのそのような依存性を示す指数は、古典的レイリー散乱強度ついてのそのような依存性を示す指数よりも小さいことである。
【００５６】
ミクロン球自身によるレンズ集束効果ではナノ球の後方散乱の増大を説明できないため、その現象を完全に説明する他の物理的機構が求められる。これらの機構を明らかにするため、基本GMM理論に基づいた摂動解析が行われて良い。フォトニックナノジェット内にナノ球が存在することによるミクロン球の散乱係数の摂動は、式(5)及び(6)の第2項によって与えられる。
【００５７】
【数１２】
2008294409.tif 000014
式(14)では、aμνN及びbμνNは、元の入射波とミクロン球によって散乱された2次波の両方の散乱を特徴付けるナノ球の相互作用散乱係数である。aμνN及びbμνNの単純化された表式を得るため、最初にGMM理論を用いて、ミクロン球-ナノ球系でのナノジェットが照射されたナノ球の内部電場強度分布が計算される。その計算により、ナノジェットが照射されたナノ球の内部強度分布は、平面波が照射された結果と比較して約800倍上昇し、かつナノ球内部でほぼ均一であることが示された。
【００５８】
次に、ミクロン球と1つになる、ナノジェットが照射されたナノ球の非近接場散乱強度が計算された。非近接場散乱強度は内部電場分布に基づいている。この計算は、ナノ球の内部電場を自由空間グリーン関数で重み付けし、かつナノ球の体積にわたって積分することによって実行されて良い。図8（緑の破線）で述べたように、この非近接場散乱強度はミクロン球のレンズ集束効果を表していることを明記しておく。
【００５９】
この解析に基づき、ミクロン球と1つになるナノ球の相互作用散乱係数は、次のように書くことができる。
【００６０】
【数１３】
2008294409.tif 000015
【数１４】
2008294409.tif 000016
数14は、フォトニックナノジェットの強度をそのフォトニックナノジェットが通り抜けるナノ球の断面積にわたって平均化した値、I0は元の入射波の強度で、anN及びbnNは孤立ナノ球のミー散乱係数である。｜m｜x<<1のレイリー散乱極限では、x5以上の項を含む式(15)の高次ミー散乱係数は無視できる。その結果、式(14)は次のようにかなり単純になる。
【００６１】
【数１５】
2008294409.tif 000017
ここでa1Nは、孤立ナノ球のレイリー散乱係数であり、a1N=(-2i/3)[(m2-1)/(m2+2)]x3で与えられる。
【００６２】
式(16)の物理的意味は以下である。(1)a1Nは孤立ナノ球によるレイリー散乱を表し、(2)√(Ijet/I0a1N)はミクロン球のレンズ集束効果によるナノ球からの増大した散乱を表し、(3)ミクロン球のレンズ集束効果によるナノ球からの増大した散乱場はミクロン球の入射場に変換され、この変換はベクトル遷移係数Amnμ1及びBmnμ1によって説明され、及び(4)ミクロン球のミー散乱係数anM及びbnMによって表されるナノ球からの変換された散乱場は、後退方向において再度ミクロン球によって散乱されて収集される。
【００６３】
式(16)に基づいて、フォトニックナノジェット内に位置するナノ球によって導入されるミクロン球の後方散乱の摂動が解析されて良い。後退方向では、｜S(180°)｜2=｜S1(180°)｜2=｜-S2(180°)｜2である。無次元量であるミクロン球-ナノ球系の後方散乱強度は次式のように書くことができる。
【００６４】
【数１６】
2008294409.tif 000018
上付きの添え字*は複素共役を表す。amn及びbmnは式(9)及び(10)によって与えられる。｜SM｜2は無次元量である孤立ミクロン球の後方散乱強度を表す。｜SM｜2は次式で与えられる。
【００６５】
【数１７】
2008294409.tif 000019
δ｜SM｜2は、フォトニックナノジェット内に位置するナノ球によって導入されるミクロン球の後方散乱の摂動を表す。
【００６６】
式(9)、(10)及び(16)をδ｜SM｜2に代入して、δamnMとδbmnMの積を含む高次の項を無視することで、次式が得られる。
【００６７】
【数１８】
2008294409.tif 000020
ここで、xはナノ球のサイズパラメータ、FMは所与のミクロン球についてのkdの関数で、kdは次式で与えられる。
【００６８】
【数１９】
2008294409.tif 000021
ここで、rMはミクロン球の半径、rNはナノ球の半径で、Δはミクロン球とナノ球の表面間距離である。レイリー極限における小さなナノ球については、次式が成立する。
【００６９】
【数２０】
2008294409.tif 000022
従って、波長が一定で、かつミクロン球とナノ球の表面間距離が一定であれば、FM(kd)はほぼ一定である。その結果、δ｜SM｜2は、ナノ球のサイズパラメータの3乗にほぼ比例する。ミクロン球については、FM(kd)の大きさは104のオーダーである。
【００７０】
本明細書で解析された誘電体ミクロン球が誘起するナノジェットは、物理的機構の観点では、従来の微小レンズとはかなり異なることに留意して欲しい。それは、結像レンズ系とは異なる後方散乱検出系である。その結果、通常の回折限界による影響を受けない。近接するナノ球の実効的後方散乱は、ナノ球と微小との相互作用によって増大する。最初にナノ粒子は、ミクロン球から放出されるフォトニックナノジェットによって励起され、その励起強度は2桁上昇する。これは、ナノジェットの強度によって左右される。ナノジェットによって励起されたナノ粒子によって発生した散乱場はミクロン球を伝播する。その結果、結合系の一部であるナノ粒子によって、光が非レイリー散乱される。この相互作用によって、ナノジェットで励起されたナノ粒子からの後方散乱強度が、4桁から9桁増大する。
「自動プロセス制御」
図11は、光計測を用いて製造クラスタを制御する典型的プロセス1100を図示している。工程1102では、製造クラスタを用いた製造プロセスが、ウエハ上で実行される。工程1104では、誘電体ミクロン球の光のあたらない表面で誘起される光強度パターンであるフォトニックナノジェットが生成される。工程1106では、ウエハ上の検査領域がフォトニックナノジェットによって走査される。工程1108では、フォトニックナノジェットが検査領域を走査する際に、誘電体ミクロン球からの再帰反射光が測定される。工程1110では、検査領域内の構造の存在は、再帰反射光の測定によって決定される。工程1112では、検査領域内での構造の存在の決定に基づいて、製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータが調節される。
【００７１】
上述のように、検査領域内での構造の存在の決定に加えて、その構造の高さ及び幅が、再帰反射光の測定によって決定することができる。一の典型的実施例では、検査領域内での構造の決定された高さ及び幅に基づいて、製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータが調節される。
【００７２】
一の典型的実施例では、工程1102での製造プロセスは第1製造クラスタを用いて実行され、工程1102で調節される1種類以上のプロセスパラメータは第1製造クラスタのプロセスパラメータである。検査領域内での構造の存在の決定に基づいて、第2製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータも調節されて良い。それに加えて、構造の高さ及び幅が決定されるとき、検査領域内での構造の決定された高さ及び幅に基づいて、第1製造クラスタ及び/又は第2製造クラスタの1種類以上のプロセスパラメータが調節されて良い。第2製造クラスタは、第1製造クラスタの前にウエハの処理を行って良い。あるいはその代わりに、第2製造クラスタは、第1製造クラスタに続いてウエハの処理を行っても良い。
【００７３】
図12は、光計測を用いた製造クラスタの制御に係る典型的実施例を図示している。システム1200は、第1製造クラスタ1204、フォトニックナノジェット計測系1208、及び計測プロセッサ1220を有する。一の典型的実施例では、システム1200は、第2製造クラスタ1214、及びフォトニックナノジェット計測系1218を有する。
【００７４】
図12に図示されているように、フォトニックナノジェット計測系1208は計測クラスタ1206の構成要素であって良く、フォトニックナノジェット計測系1218は計測クラスタ1216の構成要素であって良い。製造クラスタ1204及び計測クラスタ1206は第1製造系1202の構成要素であって良く、製造クラスタ1214及び計測クラスタ1216は第2製造系1202の構成要素であって良い。
【００７５】
第1製造クラスタ1204は、ウエハ上で製造プロセスを実行するように備えられている。第2製造クラスタ1214も、ウエハ上で製造プロセスを実行するように備えられている。たとえば第1製造クラスタ1204及び第2製造クラスタ1214は、フォトリソグラフィ、エッチング、熱処理、メタライゼーション、注入、化学気相成長、化学機械研磨等を実行するように備えられて良い。
【００７６】
第2製造クラスタ1214は、第1製造クラスタ1204の前にウエハの処理を行って良い。たとえば第1製造クラスタ1204は、フォトリソグラフィプロセスの現像工程を実行するように備えられて良い。第2製造クラスタ1214は、フォトリソグラフィプロセスの現像工程前に行われる露光工程を実行するように備えられて良い。あるいはその代わりに、第2製造クラスタ1214は、第1製造クラスタ1204に続いてウエハの処理を行って良い。たとえば第1製造クラスタ1204は、フォトリソグラフィプロセスの現像工程を実行するように備えられて良い。第2製造クラスタ1214は、フォトリソグラフィプロセスの現像工程に続いて行われるエッチング工程を実行するように備えられて良い。
【００７７】
フォトニックナノジェット計測系1208及び1218は、ウエハ上の検査領域内での構造の存在を決定するように備えられて良い。上述したように、検査領域内での構造の存在の決定に加えて、フォトニックナノジェット計測系1208及び1218は、その構造の高さ及び幅を決定するように備えられても良い。フォトニックナノジェット計測系1208及び1218は、図2に図示されたフォトニックナノジェット計測系200と同一又は類似であって良い。
【００７８】
計測プロセッサ1220は、第1製造クラスタ1204及びフォトニックナノジェット計測系1208と接続する。計測プロセッサ1220は、検査領域内での構造の存在の決定に基づいて第1製造クラスタ1204の1種類以上のプロセスパラメータを調節するように備えられている。計測プロセッサ1220もまた、第2製造クラスタ1214及びフォトニックナノジェット計測系1218と接続して良い。計測プロセッサ1220は、検査領域内での構造の存在の決定に基づいて第2製造クラスタ1214の1種類以上のプロセスパラメータを調節するように備えられて良い。それに加えて、構造の高さ及び幅が決定されるとき、計測プロセッサ1220は、検査領域内での構造の決定された高さ及び幅に基づいて、第1製造クラスタ1204及び/又は第2製造クラスタ1214の1種類以上のプロセスパラメータを調節するように備えられて良い。
【００７９】
図12に図示されているように、典型的システム1200は計測データ源を有して良い。一の典型的実施例では、計測データ源1222は、たとえば反射率計、エリプソメータ、走査型電子顕微鏡(SEM)、フォトニックナノジェット計測系のようなオフラインの計測装置クラスタを有して良い。計測データ源1222はまた、遠隔データサーバ、遠隔プロセッサ、又は計測データを供するウエブサイトをも有して良い。これらは後方散乱特性のライブラリを有して良い。
【００８０】
また図12に図示されているように、典型的システム1200は、計測データ記憶装置1224を有して良い。一の典型的実施例では、計測データ記憶装置1224は、フォトニックナノジェット計測系1208及び/又はフォトニックナノジェット計測系1218によって用いられる後方散乱特性のライブラリを有して良い。計測データ記憶装置1224は、フォトニックナノジェット計測系1208及び/若しくはフォトニックナノジェット計測系1218によって決定される構造の高さ及び幅並びに/又は存在を含んで良い。
【００８１】
たとえ前述の発明は簡明を期すためにある程度詳細に記載されているとしても、添付の「特許請求の範囲」の技術的範囲内で、ある程度の変化型及び修正型を実施することが可能であることは明らかである。従って詳細な説明は例示であっても限定ととらえてはならない。本発明は与えられた詳細に限定されてはならず、「特許請求の範囲」及びその全均等物の範囲によって定義されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】フォトニックナノジェットを用いて半導体ウエハの検査領域内の構造の存在を決定する典型的方法を示す流れ図である。
【図２】フォトニックナノジェット計測系の設計図である。
【図３】a-cは、フォトニックナノジェットが進化する様子を図示している。
【図４】a-cは、フォトニックナノジェットが弱くなる様子を図示している。
【図５】局在したフォトニックナノジェットの強度分布を図示している。
【図６】a-bは、有限差分時間領域(FDTD)法で計算された微分散乱断面積の変化の絶対値を表すグラフを示している。
【図７】ナノジェット内の構造の後方散乱促進因子のグラフをその構造の関数として示している。
【図８ａ】ミクロン球のレンズ集束効果によるナノスケール球の増強された後方散乱強度と古典的レイリー散乱強度とを、サイズパラメータの関数として比較したグラフを示している。
【図８ｂ】後方散乱促進因子と古典的レイリー散乱強度とを、サイズパラメータの関数として比較したグラフを示している。
【図９】a-cは、フォトニックナノジェットがそのフォトニックナノジェットよりも大きな構造を走査する様子を図示している。
【図１０】a-cは、図9a-cのフォトニックナノジェットの位置で測定された後方散乱信号に対応するグラフを示している。
【図１１】光計測を用いて製造クラスタを制御する典型的な方法を示す流れ図である。
【図１２】フォトニックナノジェット計測系を有する自動処理制御系の設計図を示している。
【符号の説明】
【００８３】
200  フォトニックナノジェット計測系
202  光源
204  光学レンズ
206  光サーキュレータ
208  検出器
210  入射光
212  再帰反射光
214  光ファイバ
216  誘電体ミクロン球
218  ウエハ
220  ステージ
222  試料移動装置
224  ステージ位置設定系
226  プロセッサ
228  フォトニックナノジェット
230  範囲探知器
232  ライブラリ
902  大きな構造
904  誘電体ミクロン球
906  フォトニックナノジェット
1200  光計測を用いた製造クラスタ制御系
1202  第1製造系
1204  第1製造クラスタ
1206  計測クラスタ
1208  フォトニックナノジェット計測系
1212  第2製造系
1214  第2製造クラスタ
1216  計測クラスタ
1218  フォトニックナノジェット計測系
1220  計測プロセッサ
1222  計測データ源
1224  計測データ記憶装置
【図１】
2008294409.tif 000023
【図２】
2008294409.tif 000024
【図３】
2008294409.tif 000025
【図４】
2008294409.tif 000026
【図５】
2008294409.tif 000027
【図６】
2008294409.tif 000028
【図７】
2008294409.tif 000029
【図８ａ】
2008294409.tif 000030
【図８ｂ】
2008294409.tif 000031
【図９】
2008294409.tif 000032
【図１０】
2008294409.tif 000033
【図１１】
2008294409.tif 000034
【図１２】
2008294409.tif 000035
【外国語明細書】
2008294409.tif 000036
2008294409.tif 000037
2008294409.tif 000038
2008294409.tif 000039
2008294409.tif 000040
2008294409.tif 000041
2008294409.tif 000042
2008294409.tif 000043
2008294409.tif 000044
2008294409.tif 000045
2008294409.tif 000046
2008294409.tif 000047
2008294409.tif 000048
2008294409.tif 000049
2008294409.tif 000050
2008294409.tif 000051
2008294409.tif 000052
2008294409.tif 000053
2008294409.tif 000054
2008294409.tif 000055
2008294409.tif 000056
2008294409.tif 000057
2008294409.tif 000058
2008294409.tif 000059
2008294409.tif 000060
2008294409.tif 000061
2008294409.tif 000062
2008294409.tif 000063
2008294409.tif 000064
2008294409.tif 000065
2008294409.tif 000066
2008294409.tif 000067
【図１】
2008294409.tif 000068
【図２】
2008294409.tif 000069
【図３】
2008294409.tif 000070
【図４】
2008294409.tif 000071
【図５】
2008294409.tif 000072
【図６】
2008294409.tif 000073
【図７】
2008294409.tif 000074
【図８ａ】
2008294409.tif 000075
【図８ｂ】
2008294409.tif 000076
【図９】
2008294409.tif 000077
【図１０】
2008294409.tif 000078
【図１１】
2008294409.tif 000079
【図１２】
2008294409.tif 000080