(57)【要約】      （修正有）【課題】光学的技法を使用してサンプルの応力等の特性を測定するための装置および技法の提供。【解決手段】サンプル１１０の上にあらかじめ決められたパターンの形態で光線の入射が可能で、これはウエハ表面に当たり、そして、前記パターンの反射が検出装置１１５によって検出される。反射の後のパターンの変化を表示する情報が、応力、そり、及び曲率のような１つ以上のサンプル特性及び／又は１つ以上のパターン特性を決定するのに使用することが可能である。プローブ・ビーム１０８は、単一波長のコヒーレント光でも、又は多重波長の光でも可能であり、パターンは、回折格子又はホログラムを介する光の透過によって発生することが可能である。光源１２０は、インコヒーレントでも、又は多重波長でも可能であり、パターンは、サンプル上のマスクの上に配置されたパターンの画像化と検出器でのパターンの再画像化によって発生させることが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル特性測定装置であって、
特性測定されるサンプルを位置付けるように構成されたサンプル・ホルダーと、
前記サンプルの第１の領域に向かうように構成されたビーム・パターンを発生するように構成された光源と、
前記サンプルからの反射ビーム・パターンを受信するように構成された検出装置とを含み、前記反射ビーム・サンプルが前記サンプルの前記第１の領域の１つ以上の表面特性の決定に使用されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記光源がコヒーレント光源であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ビーム・パターンの発生のため前記光源に続いて回折格子又は位相ホログラムをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記コヒーレント光源が単一波長源を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記コヒーレント光源が多重波長源を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記サンプル表面での前記ビーム・パターンの位置づけ、拡大縮小（ｓｃａｌｉｎｇ）、及び映写の１つ以上を含む作動を提供する光学的構成要素をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記光源がインコヒーレント光源であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記インコヒーレント光を受けるマスク・パターンであって、前記マスクが前記サンプル上に映写されるように位置付けられた該マスク・パターンと、前記サンプル表面での前記マスク・パターンの位置づけ、拡大縮小、及び映写の１つ以上を含む作動を提供する光学的構成要素とをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記検出装置が、前記サンプル・ホルダーから或る距離に位置付けられたスクリーンを含み、さらに前記スクリーンからの光を受けとるように位置付けられ且つ前記反射ビーム・パターンの強度の表示である信号を発生するように位置付けられたカメラを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記カメラが、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）カメラ、及び光ダイオード検出器列の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ビーム・パターンが、１つ以上の振動する鏡又は回転する鏡であって、前記振動又は回転が１つ以上の角度方向を中心とする該鏡により前記サンプルの前記第１の領域及び第２の領域に向けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記サンプルが、パターンの形成された基板及びパターンの形成されていない基板より成るグループから選ばれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記サンプル表面特性が、基板の応力、基板のそり、及び基板の曲率の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記サンプル・ホルダーが、前記サンプルを前記ビーム・パターンに対して動かすように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記光源が、前記サンプルに対して動くように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記ビーム・パターンが、予め決められたパターンであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の領域が、前記サンプルの全表面を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１の領域が、前記サンプルの全表面よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
１つ以上の機器によって実行されたときに作動を生起するインストラクションの表示である機械判読可能メディア実施情報を含むアーティクルであって、
検出装置の第１の位置での反射ビーム・パターンの強度の表示である情報であって、該反射ビーム・パターンは予め決められた入射ビーム・パターンによりサンプルの第１の領域から反射する光を含む該情報を受信し、
前記反射ビーム・パターンの前記強度の表示であるデータを使用して前記サンプルの前記第１の領域の1つ以上のサンプル表面特性を決定することを特徴とするアーティクル。
【請求項２０】
前記サンプル表面特性が、サンプルの応力、サンプルのそり、及びサンプルの曲率よりなるグループから選ばれた少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１９に記載のアーティクル。
【請求項２１】
サンプル特性測定方法であって、
パターンを有する光ビームを発生する過程と、
前記パターンを有する光ビームをサンプルの第１の領域に向ける過程と、
前記サンプルの前記第１の領域からの反射光パターンを受ける過程と、
検出装置を前記サンプルからの前記反射光パターンを受信するように位置付ける過程と、
前記サンプルの前記第１の領域からの前記反射光パターンを検出する過程と、
前記サンプルの前記第１の領域に符合する前記反射光パターンの第１の強度の表示である信号を発生する過程と、
前記第１の強度の表示である前記信号に基づいて１つ以上のサンプル表面特性を決定する過程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
サンプルの１つ以上の第２の領域において、前記受ける過程と前記位置付ける過程と前記発生する過程と前記決定する過程の繰り返しを含み、全サンプル面積の一部又は全てが特性測定されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の領域が全サンプル面積を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記信号の発生が、前記検出装置に含まれたスクリーン上での前記反射光を受けとる過程と、前記スクリーンを映写するように構成されたカメラを使用して前記信号を発生する過程を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記カメラが、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、及び／又は光ダイオード検出器列の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記カメラが、カラーＣＣＤカメラ、カラーＣＭＯＳカメラ、及び／又はフィルター光ダイオード検出器列を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記決定する過程が、前記反射光パターンを歪みの無いパターンと比較する過程を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
サンプル特性測定装置であって、
光パターンを発生するための手段と、
前記光パターンを位置付けるための手段と、
特定測定されるサンプルを位置付けるための手段であって、ここで、前記光パターンは前記サンプルの少なくとも或る領域を照射する該手段と、
前記サンプル表面の前記領域の１つ以上の表面特性を決定するために前記サンプルからの反射光パターンを受信する手段とを含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
【０００２】
本出願は、２００５年１１月３０日に出願された「光学的試料特性測定装置（Optical Sample Characterization System）」という標題の米国特許出願番号第１１／２９１，２４６号の一部継続出願である。
【０００３】
この発明は、概略的には、ウエハ処理に関し、特定的には、ウエハ応力及びウエハ・パターンの計測に関する。
【背景技術】
【０００４】
光学的技法を利用して材料に関する情報を得ることが可能である。例えば、半導体ウエハのような基板の特性測定のために光学的技法が利用され得る。特性測定には、平坦度、歪み、そり等を決定するためのウエハ上の応力及びウエハ上のパターンの計測を含むことが可能である。
【０００５】
ウエハ上の素子密度は上昇することから、パターンの形成されていない基板（ブランケット）及びパターンの形成された基板に関する正確な情報を迅速に得ることがより一層重要である。しかしながら、既存の技法では、時間を浪費し、且つ煩雑であり、さらに、ウエハを正確に調べることができない。付け加えるに、幾つかの既存の技法は破壊的である。すなわち、それらは、パターン形成された素子の分析のためには、ウエハの損傷を必要とする。そのため、現生産品ウエハの特性測定を実施することができない。
【０００６】
パターンの形成されたウエハの特性測定に使用可能な技法は、高倍率光学顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、又は他の画像技術を利用したパターン検査を含む。しかしながら、これらの技法は、ウエハ・パターンの完全な画像情報を提供することはできない。パターンの形成されたウエハは百万又は一千万の素子（例えば、トランジスター）を含むので、わずかのパーセントの素子が特性測定されるに過ぎない
ウエハの特性測定に使用可能な別の技法としては、偏光解析法がある。偏光解析法は、光が表面で反射する際の偏光の変化を計測する光学的技法である。偏光解析法は、幾つかのサンプル特性に関する情報（例えば、層の厚さ及び屈折率を計測するための情報）を得るための重要なツールではあるが、応力及びパターン保全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）のような幾つかの他のサンプル特性に関する情報を提供しない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
サンプル情報を得るためにサンプル（パターンの形成された基板及びパターンの形成されていない基板のようなサンプル）の特性測定のための装置及び技法が開示される。この技法は、サンプルの曲率（ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）、そり（ｗａｒｐａｇｅ）、応力（ｓｔｒｅｓｓ）、及び汚れ（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）のようなサンプル特性に関する情報を迅速に得るために使用され得る。パターンの形成されたサンプルの場合には、サンプル情報と同様にパターン情報も提供することができる。
【０００８】
一般的には、或る特徴として、サンプル特性測定装置は、特性測定されるサンプルを位置付けるように構成されたサンプル・ホルダーとそのサンプルからの回折光を受けとるように位置付けられ且つ構成された検出装置を含む。この回折光は、第１の波長の回折光に符合した第１の回折パターンと異なる第２の波長の回折光に符合した第２の回折パターンを含むことが可能である。サンプル・ホルダーはプローブ光線に対してサンプルを動かすように構成され得る。
【０００９】
検出装置は、該検出装置の第１の位置でのサンプル表面の第１の領域に符合する回折光の第１の強度を表示する信号を発生するようにさらに構成されることが可能である。検出装置は、該検出装置の前記第１の位置とは異なる第２の位置でのサンプル表面の前記第１の領域に符合する回折光の第２の強度を表示する信号を発生するようにさらに構成されることが可能である。
【００１０】
この出願発明の装置は、さらに、前記第１の強度及び前記第２の強度を表示する信号を受信するように構成されたプロセッサーを含むことが可能である。このプロセッサーは、さらに、前記第１の強度及び前記第２の強度を表示する信号を利用してサンプル表面の前記第１の領域の１つ以上のサンプル表面特性を決定するように構成されることが可能である。サンプル表面特性には、少なくとも、基板の応力、基板のそり、基板の曲率、及び基板の汚れを含むことが可能である。
【００１１】
基板は、パターンの形成された基板でも可能であり、プロセッサーは、さらに、サンプル表面の前記第１の領域の１つ以上のパターン特性を決定するように構成することが可能である。例えば、パターン特性には、パターンの周期性、パターンの正確度、パターンの反復性、パターンの突然性、バターンの損傷、パターンの歪み、及びパターンの重なりを含むことが可能である。
【００１２】
この出願発明の装置は、さらに、サンプルによって回折される光を送出するように配置されたコヒーレント（干渉性）光源を含むことが可能である。このコヒーレント光源は、単一波長の光源でも、又は多重波長の光源でも可能である。
【００１３】
検出装置は、サンプル・ホルダーから或る距離に位置付けられるスクリーンを含むことが可能であり、また、さらに、このスクリーンからの光を受け且つ前記第１の強度を表示する信号と前記第２の強度を表示する信号を発生するように配置されたカメラを含むことが可能である。このカメラは、電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラ、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）カメラ、及び光ダイオード検出器列の少なくとも１つを含むことが可能である。
【００１４】
一般的には、別の特徴として、アーティクル（ａｒｔｉｃｌｅ）は、１つ以上の機器によって実行された場合に、検出装置の第１の位置での回折パターンの第１の強度の表示である情報の受信を含む作動を結果として生起するインストラクションの表示である機器判読可能メディア実施情報を含み、該回折パターンはサンプルの第１の領域からの回折された光を含んでいる。前記作動には、さらに、検出装置の異なる第２の位置での回折パターンの第２の強度の表示である情報を受信する過程を含むことが可能である。前記作動は、さらに、前記第１の強度を表示するデータと前記第２の強度を表示するデータを利用してサンプルの前記第１の領域の１つ以上のサンプル表面特性を決定する過程を含むことができる。前記作動は、さらに、検出装置の前記第１の位置での異なる回折パターンの異なる強度の表示である情報を受信する過程を含むことが可能であり、ここで、前記異なる回折パターンはサンプルの異なる第２の領域から回折された光を含む。
【００１５】
一般的には、別の特徴として、サンプル特性測定方法は、コヒーレント光をサンプルの第１の領域で受ける過程とサンプルの第１の領域からの回折光を検出装置で検出する過程とを含むことが可能である。この方法は、さらに、検出装置の第１の位置で第１の領域に符合する回折光の第１の強度を表示する信号を発生する過程と検出装置の異なる第２の位置で第１の領域に符合する回折光の第２の強度を表示する信号を発生する過程を含むことが可能である。この方法は、さらに、前記第１の強度の表示である信号と前記第２の強度の表示である信号とに基づいて１つ以上のサンプル表面特性を決定する過程を含むことが可能である。
【００１６】
一般的には、別の特徴として、サンプル特性測定装置は、特性測定されるサンプルを位置付けるように構成されたサンプル・ホルダーとサンプルから反射される光を受けとるように位置付けられ且つ構成された検出装置を含む。光は、光線ビームのパターン発生マスク透過によって生成され、サンプルに向かって投影される予め決められたパターンを含むことが可能である。サンプル・ホルダーは、サンプルをプローブ光線に対して動かすように構成されることができる。マスクは、予め決められたパターン内への前記光線即ちビームの散乱の提供を目的として、回折格子、ホログラム、パターン透過プレート、又は同等物を含むことが可能である。パターンは、上記したように、ウエハの上に投影される。少なくとも、検出器、プロセッサー、コントローラー、スクリーン、カメラ、及び実行されたときに作動を結果するインストラクションの表示である機器判読可能メディア実施情報を含む特性測定装置は、特性測定装置の他の実施例に関する上記のものと同様である。
【００１７】
別の特徴として、この出願発明の装置は、さらに、好ましくは、透過マスクがパターン形成のための回折に依拠する場合にコヒーレントであり得る光源を含むことが可能である。コヒーレント光源は、単一波長光源又は多重波長光源を含むことが可能である。
【００１８】
別の特徴として、この出願発明の装置は、好ましくは、パターン形成マスクが適当な光学的構成要素によってサンプル表面上に映写されるパターンである場合に、インコヒーレント（非干渉性）及び／又は広範囲のスペクトルであり得る光源を含むことが可能である。この特徴において、サンプルでの画像は追加的な適当な光学機器によってスクリーンに再映写される。この特徴において、光学的構成要素は、好ましくは、収色性（ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ）とすることが可能である。
【００１９】
別の特徴として、この出願発明の装置は、さらに、例えば、ステージ上に整合のためにサンプルを載せ且つ特性測定のためにサンプルを位置付けるロボット・アームのようなサンプル・ハンドラーに半導体ウエハのようなサンプルを供給するためのカセット・サンプル配送装置及び特性測定済みのサンプルを受け入れるためのカセット・サンプル収納装置を含むことが可能である。
【００２０】
一般的には、別の特徴として、サンプル特性測定方法は、サンプルの全表面を照射するパターン形成されたビーム光線を受けとる過程と検出装置における反射パターンの画像を検出する過程とを含むことが可能である。この方法は。さらに、検出された画像のパターンの表示である信号を発生する過程を含むことが可能である。この方法は、さらに、検出された画像の表示である信号に基づいてサンプルの応力及びそりを決定する過程を含むことが可能である。
【００２１】
一般的には、別の特徴として、サンプル特性測定方法は、サンプル表面の一部を照射するパターンの形成されたビーム光線を受けとる過程と検出装置でパターンの画像を検出する過程を含むことが可能である。サンプルを並進させることが可能であり、又は、サンプルの表面の後続部分を照射するようにパターンの形成されたビームを向けることが可能である。検出装置は、パターンの反射された画像を受けとるように対応しつつ駆動されることが可能である。この方法は、検出された画像の表示である信号に基づいてサンプルの一部の応力及びそりを決定する過程を含むことが可能である。
【００２２】
この出願発明のこれらの及び他の特徴及び利点は、添付図面に関連する例示的実施の詳細な説明から、より一層容易に明らかとなるであろう。
【００２３】
なお、各図において同様の参照符合は同様の構成要素を指示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
ここに提供される装置及び技法は、効率が良く且つ正確なサンプル特性測定を可能とすることが可能である。パターンの形成された及び形成されていないウエハは、両方とも、コヒーレント光がサンプルによって回折されたときに生ずる回折パターンの分析によって迅速に特性測定されることが可能である。さらに、パターンの形成された及び形成されていないウエハは、両方とも、光源からパターンが生成されたときにウエハに投影され且つウエハから反射する反射パターンの分析によって迅速に特性測定されることが可能である。さらに、この技法は、破壊的ではなく、したがって、現生産品ウエハを特定測定することが可能である（所望ならば）。
【００２５】
図１は、パターンが形成された又はパターンが形成されていない半導体ウエハのようなサンプル１１０を特性測定するように構成された装置１００の実施例を示す。光は、コヒーレント光源１２０によって生成され、プローブ光線即ちプローブ・ビーム１０８は、（例えば）プリズム１２５を使用してサンプル１１０へと向けられる。
【００２６】
サンプル１１０は、ステージ１０５の上に載せられることが可能であり、これによりサンプル１１０とプローブ・ビーム１０８の間の相対的な移動を提供することができる。ステージ１０５は、並進及び回転ステージ（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｔステージ）とすることが可能であり、付加的には、ゴニオメーター（例えば、Ｘ−Ｙ平面内の軸を中心とした回転Ｆ）を含むことが可能である。その主要な寸法（例えば、事実上円形のビームの場合のその直径）を約０．１μｍ（マイクロメートル）乃至１０ｍｍとすることが可能なプローブ・ビーム１０８を、複数の位置でのデータを得ることを目的として、サンプル１１０を横切るように走査することができる。例えば、プローブ・ビーム１０８を、サンプル１１０を横切って走査されるラスター（ｒａｓｔｅｒ）として、サンプル特性の「マップ」のためのデータを得ることが可能である。サンプル１１０でのプローブ・ビーム１０８の寸法を大きくするために又は小さくするために１つ以上の光学的構成要素の利用が可能であることに留意されたい。サンプル１１０に関してより一層詳細な情報を得るために比較的小さなプローブ・ビーム１０８の使用が可能であり、一方、より一層早くウエハの特性測定を行うために比較的大きなプローブ・ビーム１０８の使用が可能である。このことは、異なる特性測定適用のための有意義な適応性を提供する。
【００２７】
サンプル１１０の特性測定のため、光は、サンプル１１０から回折され、回折パターンは、表面から距離ｄに位置付けられた部分を有する検出装置１１５で検出される。例えば、検出装置１１５は、サンプル１１０から距離ｄに位置付けられたスクリーン１１７及びスクリーン１１７からの光を受けとって且つ受けとった光を表示する１つ以上の信号を発生するように位置付けられたカメラ１１８（ＣＣＤカメラのような）を含むことができる。このスクリーンは、比較的高い順位の回折ビーム１１３（例えば、第１順位回折最大に符合する光）と同様に、反射光１１２（第０順位回折最大）を検出することができる。
【００２８】
図１の例は、光がサンプル１１０表面の理想位置に垂直に（すなわち、表面の理想位置に符合する平面に垂直に）サンプル１１０に入射する実施例を示す。サンプル１１０表面が、入射光線によって調べられる領域の範囲内において平坦でない場合には、反射ビーム１１２は、理想位置１１６からずれた位置１１６’でスクリーン１１７と交差することとなる。このずれは、そりベクトルと言うことが可能である。
【００２９】
光は、また、サンプル１１０の表面に鏡面的（ｓｐｅｃｕｌａｒｌｙ）に入射することが可能である（すなわち、プローブ・ビーム１０８’で示すようなサンプル１１０表面の予測位置に対して垂直以外の角度で）。このような実施例において、検出装置１１５は、サンプル１１０からの回折された光を受けとるように位置付けられた部分を有することができる。サンプル表面特性及び／又はパターン特性は、使用された特定入射角度を明らかにする技法を用いて計算されることが可能である。
【００３０】
サンプル１１０が、パターンの形成されていないウエハを含む場合、その結果生成される回折パターンは、ウエハのそり、曲率、全体的応力及び局部的応力のようなサンプル表面特性の表示となることができ、且つ汚れ（例えば微粒子）の存在を表示することができる。検出された信号は、多くの方法で、パターンの形成されていないウエハの特性測定に使用されることが可能である。例えば、図２Ａは、サンプル２１０（パターンの形成されていないウエハのようなサンプル）のそり輪郭線マップ２０５を示す。図２Ｂは、サンプル２１０の曲率ベクトル分析マップ２１５を示す。
【００３１】
サンプル１１０が、パターンの形成されたウエハである場合、その結果生成される回折パターンは、ウエハのそり及び応力だけの表示にとどまらず、パターン特性の表示でもある。装置１００は、回折された画像の逆フーリエ変換によって広い面積のパターンの保全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）の特性測定を提供してパターン情報を得ることが可能である。例えば、周期性、パターンの正確度、パターンの反復性、パターンの突然性、パターンの破損、パターンの歪み、及びパターンの重なりの表示である情報を得ることが可能である。
【００３２】
装置１００は、さらに、コントローラー１３０のような１つ以上のコントローラー及びプロセッサー１４０のような１つ以上のプロセッサーを含むことが可能である。コントローラー１３０は、ステージ１０５、光源１２０、及び／又は検出装置１１５を制御することができる。例えば、コントローラー１３０は、第１の時点においてプローブ・ビーム１０８が第１の領域を調べるようにサンプル１１０を位置付けるようにステージ１０５を制御することが可能であり、また、その第１の時点でのデータを得るように検出装置１１５を制御することが可能である。後の第２の時点において、コントローラー１３０は、プローブ・ビーム１０８が異なる第２の領域を調べるようにサンプル１１０を位置付けるようにステージ１０５を制御することが可能であり、また、その第２の時点でのデータを得るように検出装置１１５を制御することが可能である。コントローラー１３０は、１つ以上の特定の波長を選択するように、又は他のパラメータを制御するように光源１２０を制御することが可能である。
【００３３】
プロセッサー１４０は、或る特定時において特性測定されたサンプル１１０上の位置を表示する情報を受信することができ、また、前記特定時における検出装置１１５の異なる位置での回折パターンの強度を表示する情報を受信することができる。プロセッサー１４０は、受信した情報を利用して、サンプル特性（ウエハ特性及び／又はパターン特性のような）を決定することができる。
【００３４】
図１の装置１００のような装置は、速く、正確で、適応性のあるサンプル特性測定を提供することが可能である。例えば、ビーム寸法は、特定時において所望領域を調べるのに適した寸法であつらえることが可能である。付加的には、解像度の向上と同様に、有効倍率の増大又は減少を目的としてサンプルと検出装置の間の距離ｄを増大し又は減少することが可能である。
【００３５】
多重波長のコヒーレント光を使用してサンプルを特性測定することによって付加的な利点を得ることができる。波長λの光により入射角度θｉで照射され且つ角度θｎで回折された周期間隔ｄにより特性測定された回折構成要素では、回折条件は、ｎλ＝ｄ（ｓｉｎθｎ−ｓｉｎθｉ）である（式中、ｎは、第ｎ番目の回折ビームの順位である）。回折条件は、パターン寸法と波長の両者に依拠するので、異なる波長の光は、異なるパターンに対して異なるように相互作用する。
【００３６】
サンプルの第１の領域での周期間隔ｄによって特性測定されたパターンにより、単一波長で生成される異なる回折順位を使用したサンプルの特性測定により追加的な利点を得ることができる。より詳しくは、異なる順位値ｎの回折ビームが、上述した回折条件に従い異なる角度で生成されることとなる。異なるビームは、検出装置１１５によって受けとられる際に、スクリーン１１７上の異なる箇所に、すなわち、異なる位置に現れることとなる。検出装置１１５は、サンプル１１０の同一領域から回折される両方の順位のビームを受けとるように位置付けることはできない。しかし、検出装置１１５は、サンプルの第１の領域からの一の順位の第１の回折されたビームを受けとり、同時に、サンプルの第２の領域からの別の順位の第２の回折されたビームを受けとる第１の位置に配置されることが可能である。代替的には、検出装置１１５は、サンプルの第１の領域からの一の順位の第１の回折されたビームを受けとる第１の位置に配置されることが可能であり、そして、サンプルの第１の領域からの別の順位の第２の回折されたビームを受けとる第２の位置に配置されることが可能である。
【００３７】
図３は、半導体ウエハのようなサンプル３１０を特性測定するのに使用し得る複数の波長を含むプローブ・ビーム３０８を発生するように構成された装置３００を示す。コヒーレント光源３２０は、少なくとも２つの異なる波長のコヒーレント光を発生する多重波長アルゴン・イオン・レーザー３２１のような１つ以上のレーザーを含む。例えば、アルゴン・イオン・レーザーは、４５７．９、４６５．８、４７２．７、４７６．５、４８８．０、４９６．５、５０１．７、及び５１４．５ｎｍの波長を有する光を発生することができる。図３は、多重波長を発生する単一レーザーを示すが、多重レーザーの使用も可能である。
【００３８】
光は、回折格子３２２（例えば、１２００ｍｍ−１格子）のような分散構成要素を使用して波長にしたがって分散されることができる。各波長の分散光は、コリメートレンズ組立体２３２を使用して平行にされることができ、そして、次に光マルチプレクサー３２４を使用して多重化されることができる。その結果生成される光は、プリズム３２５のような１つ以上の構成要素を使用してサンプル３１０に向けることができる。上記したように、光は、垂直入射でサンプル３１０に向けられることが可能であり、または、鏡面的にサンプル３１０に向けることも可能である。
【００３９】
図３の例において、ステージ３０５は、Ｘ−Ｙ並進ステージ３０６と、サンプル３１０の計測された回転を提供するように構成されたゴニオメーター３０７を含む。ステージ３０５は、コントローラー（例えば、図示しないが、一体的ステージ・コントローラー及び／又はシステム・コントローラー）を使用して制御されることができる。
【００４０】
プローブ・ビーム３０８は、サンプル３１０によって回折されて、鏡面ビーム３１２と回折されたビーム３１３を生成する。ビーム３１２と３１３は、スクリーン３１７で受けとめられる。回折パターンは、パターンのフーリエ変換画像でありパターン情報を含有する。
【００４１】
カメラ３１８（電荷結合素子又はＣＣＤカメラ、相補的金属酸化物半導体又はＣＭＯＳカメラ、又は光ダイオード列カメラのような）は、スクリーン３１７からの光を受けて、スクリーン３１７上の位置における回折パターンの強度の表示である信号を生成する。この回折パターンの表示である信号は、プロセッサーによって受信されることができ、このプロセッサーは、その信号に基づいて１つ以上のサンプル特性を決定することができる。
【００４２】
多重入射波長に関しては、カメラ３１８は、カラーＣＣＤカメラのような波長検知カメラであることが可能である。上記したように、特定寸法のパターン特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）に対しては、異なる波長がより一層鋭敏に反応する。結果として、第１の波長は幾つかのパターン特徴に関してより完全な情報を提供することができ、一方、第２の異なる波長は、異なるパターン特徴に関してより完全な情報を提供することができる。すなわち、多重波長の使用は、異なる特徴寸法が重要視されるサンプルに関して特別な利点を提供することができる。
【００４３】
図４は、青及び緑の入射光を備えた、図３の装置３００のような装置を使用して得ることのできる回折パターン４９０を示す。青色光は、比較的短い波長を有し、したがって回折された青色光に符合する回折最大は、回折された緑色光に符合する回折最大よりもより一層相互接近する。図４において、鏡面ビーム３１２に符合する回折最大４６０は、そりベクトル４６２によって理想位置４６１から変位させられる。理想位置４６１は、サンプルの当該領域にそりの無い状態で特定時に特性測定した場合に、鏡面ビーム３１２が検出されるであろう位置である。回折パターン４９０は、さらに、点４６５Ｂ（入射青色光に符合する）と４６５Ｇ（入射緑色光に符合する）のような多数の強度最大を含む。
【００４４】
プローブ・ビームによって調べられる当該領域の「完全」サンプルに関しては、回折最大は、鮮明な端を備えた点の列を形成し、この場合、この点の位置は、光の波長及びサンプル・パラメーターを使用して、計算されることができる。しかしながら、欠陥のあるサンプルに関しては、点の境界がぼやける可能性があり、また、その位置が計算された位置より偏移する可能性がある。回折パターンの空間的強度変化は、回折構造のフーリエ変換なので、強度情報は、検出装置３１５と実行される逆フーリエ変換を使用して得ることができる。逆フーリエ変換の結果は、サンプル特性の決定のために、理想サンプル及び／又はパターンに関する結果と比較されることが可能である。代替的には、理想サンプルに関する強度変化は、（例えば、理想サンプル及び／又はパターンのフーリエ変換により）決定されることができ、また、得られた強度データと比較されることができる。図５は、レーザー・ポインターによって照射されたパターンの形成されたウエハに関する回折パターンの例示的図解を示す。回折点のぼやけは、それが不完全なサンプルであることを示す。点と点の無い領域の間のコントラストは、パターンの保全性（周期性及び／又は規則性）を示している。
【００４５】
図６は、パターンの形成された又はパターンの形成されていない半導体ウエハのようなサンプル６１０を特性測定するように構成された別の実施例装置６００を示す。光ビーム６０８が、コヒーレント又はインコヒーレントとすることが可能な光源６２０によって発生される。光源６２０は、例えば、ＵＶ，ＶＩＳ又はＩＲの単一又は多重波長レーザーとすることが可能である。光源６２０は、また、その各々が１つ以上のレーザー・ビームを発生する複数個のレーザーから形成されることが可能である。ビーム６０８はパターン・ジェネレータ６０９を介して向けられ、このパターン・ジェネレータは、ビーム・パターン６１３を生成する、例えば、回折格子、位相ホログラム、又は（一次元又は二次元の）パターンを備えたマスクとすることが可能である。サンプル６１０上にパターンを拡大縮小し（ｓｃａｌｅ）、及び／又は映写（ｉｍａｇｅ）するためのビーム形成光学機器６９０が、パターン・ジェネレータ６０９の前及び／又は後ろに含まれることが可能である。パターン・ジェネレータ６０９は、また、サンプル６１０上に投影されるパターンの寸法の変更を目的として、光源６２０に近づくように又は光源６２０から離れるように並進されることが可能である。
【００４６】
サンプル６１０を照射するビーム・パターン６１３を走査し及び／又は位置付けることを目的として、振動する又は回転可能な鏡、プリズム又は同等物（図示しない）を備えたビーム形成光学機器６９０を追加的に設けることが可能である。１つの角度方向よりも多い組合された作動が、サンプル６１０の任意の所望領域へのビーム・パターン６１３の方向付けを達成するビーム形成光学機器内の１つ以上の鏡を使って達成されることができる。
【００４７】
サンプル６１０は、サンプル６１０とパターン・ビーム６１３の間に相対的移動が提供されるように、ステージ６０５上に取り付けられることができる。ステージ６０５はステージ１０５と事実上同一にすることが可能であり、その詳細は説明を省略する。パターン・ビーム６１３は、照射されるウエハ表面に関する平坦度、歪み、そり、及び／又は応力の情報を含むサンプル特性の「マップ」用のデータを得ることを目的として複数の位置のデータを得るためサンプル６１０を横切って走査されることができる。上記したように、ビーム形成光学機器６９０内の１つ以上の光学的構成要素は、サンプル６１０でのパターン・ビーム６１３の寸法の増大又は減少のために使用されることが可能である。この事の達成のため、ビーム形成光学機器６９０は、パターン・ジェネレータ６０９の前及び後の両方の区画内に選択的に配設されることが可能である。サンプル６１０の部分についてより詳細な情報を得るためには比較的小さなパターン・ビーム６１３の使用が可能であるが、一方、より迅速に全ウエハの特性測定を行なうためには比較的大きなパターン・ビーム６１３の使用が可能である。これは、異なる特性測定適用のための有意義な適応性を提供する。
【００４８】
図６の例は、パターン・ビーム６１３が、サンプル６１０表面に対する垂直に対して或る角度でサンプル６１０に入射する実施例を示す。サンプル６１０表面が、パターン・ビーム６１３によって調べられる領域内で平坦でない場合には、反射ビーム６１３’は、反射パターン・ビーム６１３’を受けとるためのスクリーン６１７を含む検出装置によって受信される。反射パターン・ビーム６１３’は、元のパターン・ビーム６１３からは歪む可能性がある。パターンの歪みは、歪みの無いパターンと参照されて、サンプル６１０表面上のそりベクトル・マップを生成することが可能である。次に、ＣＣＤカメラ６１８又は他の撮像装置が、ウエハ特性の決定のためにスクリーン６１７上の画像を処理する。カメラ６１８は、スクリーン６１７のいずれの側に設置することも可能であるが、これは、部分的には、光源６２０の箇所に依拠することが可能である。一瞬で全ウエハが計測されるようにパターン・ビーム６１３が作動される場合には、サンプル６１０（又はウエハ）及びステージ６０５は、静止状態に維持されることができる。しかしながら、もしも、ウエハ又はサンプルが部分毎に計測される場合には、ステージ６０５又は光源６２０は移動されることができる。
【００４９】
図７は、サンプル特性測定装置７００の模式的説明図であり、この装置は、一実施例に従い、カメラ７１８とスクリーン７１７より成る検出装置７１５を含む。図７において、ビーム・パターン６１３は、また、表面に対して事実上垂直に、サンプル６１０表面へ向けられることが可能である。この実施例に関しては、特性測定装置７００は、ビーム・パターン６１３をサンプル６１０の部分（又は全部）に向けるための部分的に透明なビーム・スプリッター（図示しない）又はプリズム７３０を有することが可能である。パターン・ジェネレータ６０９を介しての方向付けの前に或る角度（例えば９０度）によりビーム６０８の方向を変える視野中央のビーム・スプリッター又はプリズム７３０の使用、及び、選択的には、ビーム形成光学機器６９０の使用が、また、スクリーン６１７上の視野の小さな部分を遮蔽することを可能とする。動作するサンプル６１０及び／又は検出装置７１５は、この部分の失われた視野を容易に回復することができる。サンプル表面特性及び／又はパターン特性は、サンプル６１０表面に関係しない視野、焦点深度、及び他の光学視野特性に関する歪みの除去に使用される特定入射角度を明らかにする技法を用いて計算されることができる。図６の実施例でのように、カメラ７１８は、装置パラメーターに依拠してスクリーン７１７の他側に設置可能であることに留意されたい。
【００５０】
図８は、サンプル特性測定装置６００又は７００に使用可能な各種のビーム・パターンを図解する。これらの種類は、限定的なものではないが、単一正方形、多重縦線、四角点列、単一円、点線正方形、及び点線円のような、他のビーム・パターンもまた適合することから、徹底的なものではない。
【００５１】
図９は、平坦ではない表面から検出される可能性のある各種の歪んだビーム・パターン６１３’を図解する。パターン・ジェネレータ６０９によって提供されるビーム・パターン６１３は矩形格子であると仮定する。例えば、スクリーン６１７又は７１７において受けとられるビーム・パターン６１３’の中に、サンプル６１０の、例えば、たわみ（凸又は凹）及び局部的なディンプル（小さなへこみ）又は他の歪みのような、各種の応力歪みが検出されることができる。
【００５２】
パターン・ビーム６１３’は、プローブ・ビーム３０８が回折ビーム３１３’を生成して、サンプル３１０の表面においてサンプル特徴に起因した回折を生ずる先の実施例にて記述のフーリエ変換画像ではない。パターン・ビーム６１３’が検出されるこの例では、逆フーリエ計算の必要は存在しない。理想サンプル及び／又はパターンの画像に対するパターン・ビーム６１３の直接受信画像の相対的に単純な比較が、サンプル６１０の応力ベクトルマップ（平面内及び平面外の両方で）を生成することができる。
【００５３】
図１０は、サンプル特性測定装置６００とサンプル取り扱い装置１０１０を含む例示的ワークステーション１０００の模式的図解である。サンプル取り扱い装置１０１０は、さらに、例えば、サンプル配送カセット装置１１２０とサンプル回収カセット装置１１３０である、ロボット・アームのような、サンプル・ハンドラー１１１０を含む。サンプル・ハンドラー１１１０は、配送カセット装置１１２０からのサンプル６１０を捕捉し、そして、サンプル６１０をサンプル・ステージ６０５上に載せる。サンプル・ステージ６０５は、サンプル６１０を整合させることが可能であり、又は、代替的には、サンプル取り扱い装置１０１０とは別に付加的なサンプル整合ステージ（図示しない）を設けることが可能である。サンプル・ハンドラー１１１０は、また、整合ステージからステージ６０５へのサンプル６１０の搬送を提供することができる。サンプルの特性測定の後、サンプル６１０は、サンプル・ハンドラー１１１０によって、ステージ６０５から回収カセット装置１１３０へと移動させられる。サンプル・ハンドラー１１１０、配送カセット装置１１２０、及び回収カセット装置１１３０を含むサンプル取り扱い装置１０１０の構成要素は、さらに、プロセッサー１４０及びコントローラー１３０と接続されることが可能である。サンプル６１０の整合は、ステージ６０５の上で、又は、代替的には、サンプル取り扱い装置１１００に含まれる別のサンプル整合装置の上で実施されることが可能である。サンプル・ハンドラー１１１０は、サンプル６１０を配送カセット装置１１２０からサンプル特性測定装置６００へ移動し、次に、回収カセット装置１１３０へ移動することを含むサンプル搬送作動を実施する。このサンプル取り扱い装置の詳細は、共通して所有の「ロボットを含むウエハ処理装置(Wafer Processing System Including a Robat)」との標題の米国特許第６５６８８９９号明細書に見ることができ、引用としてこの明細書に加えられる。
【００５４】
実施においては、上述した技法及びその変形例は、少なくとも部分的には、コンピューター・ソフトウェアのインストラクションとして実施されることができる。そのようなインストラクションは、１つ以上の機械判読可能な記憶メディア又は装置上に記憶させることができ、例えば、１つ以上のコンピューター・プロセッサーによって実行されるか、又は、機械を励起して、上述した機能及び作動を実施する。
【００５５】
幾つかの実施例が説明された。上記において数例の実施例のみが詳細に開示されたが、他の変形も可能であり、この明細書の開示は、そのような変形の全てを包含することを企図しており、特に、当業者に予測可能ないずれの変形をも包含することを企図している。例えば、サンプルへの入射光は、多数の異なる経路で伝達されることが可能である（例えば、図解されているものよりも少ない、多い、及び／又は異なる光学機器を使用して）。さらに、サンプルとプローブ・ビームの間の相対的な移動は、サンプルの移動により（図示のように）、又は、プローブ・ビームの移動により、又はその両者により、提供されることが可能である。例えば、少なくとも光学装置の一部は、プローブ・ビームが固定されたサンプルを横切って走査するように構成されることが可能である。
【００５６】
付加的には、単一コントローラーよりも、むしろ多重コントローラーが使用されることが可能である。例えば、ステージ・コントローラー及び別の検出装置コントローラーが使用されることが可能である。コントローラーは、他の装置構成要素から少なくとも部分的に分かれることが可能であり、又は、１つ以上の装置構成要素と一体的であることが可能である（例えば、ステージ・コントローラーは、ステージと一体的にできる）。付加的には、多重プロセッサーが使用されることが可能であり、単一プロセッサー及び／又はデータ・プロセッサーを含むことが可能である。
【００５７】
請求項にて使用の「手段」との用語は３５ＵＳＣ１１２第６項に基づく解釈を企図している。明細書からの限定は、それが意図的に請求項中に包含された場合を除き、各請求項への読み込みを企図したものではない。すなわち、他の実施例も添付の請求項の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】幾つかの実施例によるサンプル特性測定装置の模式的説明図である。
【図２Ａ】図１の装置のような装置を使用して得ることが可能なそり輪郭線マップである。
【図２Ｂ】図１の装置のような装置を使用して得ることが可能な曲率ベクトル分析マップである。
【図３】幾つかの実施例によるサンプル特性測定装置の模式的説明図である。
【図４】図３の装置のような装置を使用して得ることが可能な回折パターンである。
【図５】レーザー光源を使用して得ることが可能なパターンが形成されたサンプルの回折パターンである。
【図６】幾つかの実施例によるサンプル特性測定装置の模式的説明図である。
【図７】幾つかの実施例によるサンプル特性測定装置の模式的説明図である。
【図８】幾つかの実施例によるサンプル特性測定装置内に使用されることが可能な各種のビーム・テストパターンを図解する。
【図９】幾つかの実施例によるサンプル特性測定装置にて検出可能な各種の歪んだビーム・テストパターンを図解する。
【図１０】幾つかの実施例によるサンプル特性測定装置とサンプル取り扱い装置を含むワークステーションの模式的図解である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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