(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面仕様検体の両側をスキャンするシステムであって
ほぼ固定した位置に前記検体を維持する手段と、
前記検体のスキャンを行わない部分を検体表面に接触しないように覆うことにより防振する防振バーと、
前記検体の所定の部分に複数のスキャンを実行する手段と、
前記検体を前記実行する手段との関係で再配置する手段、および
前記両面仕様の検体の各サイドの比較的連続したスキャンを形成するためにすべてのスキャンを繋ぎ合わせる手段
とから構成されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、
前記防振バーは前記検体から約０．１０ミリメートルから１．０ミリメートル隔てて位置づけられていることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、
前記再配置手段は前記検体を移動する手段を備え、
前記実行手段は検査装置から構成され、
前記検査装置は前記検体のうち前記防振バーによって覆われていない所定の部分をスキャンすることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、
前記維持手段は３点の調整型取付け部から構成され、
前記３点調整型取付け部の全ての点は接線的に取付けられ、
前記検体は略垂直に取付けられた半導体ウェーハであることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、
前記繋ぎ合わせ手段は前記スキャンを略均一に方向付けし、前記スキャンを組合せるコンピュータから構成されることを特徴とするシステム。
【請求項６】
検体をスキャンするための方法であって、
前記検体を略固定した位置に維持するステップと、
前記検体のスキャンを行わない部分を検体表面に接触しないように覆う防振バーにより前記検体を防振するステップと、
前記検体の第１所定部分にスキャン装置を用いて第１スキャンを実行するステップと、
前記検体を前記スキャン装置と関係して再配置するステップと、
前記検体の少なくとも一つの次の所定の部分に少なくとも一つの次のスキャンを実行するステップ、および
前記検体の比較的連続的なスキャンを形成するため全てのスキャンを繋ぎ合わせるステップとからなることを特徴とする検体をスキャンするための方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記防振は、前記検体から約０．１０ミリメートルから１．０ミリメートル隔てて前記防振バーを位置付けることによって行なわれることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
再配置は前記検体を移送することにより構成され、
個々の実行ステップは防振バーで覆われていない前記検体の一部をスキャンすることにより構成されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、
検体の維持は、前記検体を３点の調整型取付けを用いて略垂直のオンエッジ型の方位で保持することで構成されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法であって、
繋ぎ合わせは、前記スキャンを略均一に方向付けし、前記スキャンを組合せることにより構成されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
検体をスキャンするためのシステムであって、
前記検体を所定の位置に固定して維持する位置決め装置、
前記検体のスキャンを行わない部分を検体表面に接触しないように覆うことにより防振する防振バー、
前記検体の表面に光エネルギーを向けるスキャン用光学素子、
前記位置決め装置を前記スキャン用光学素子を基準にして再配置するための再配置要素、および
前記スキャン用光学素子から得られたスキャンを繋ぎ合わせる繋ぎ合わせ手段とから構成されていることを特徴とする検体をスキャンするシステム。
【請求項１２】
請求項１１のシステムであって、
前記防振バーは、前記検体から約０．１０ミリメートルから１．０ミリメートルの間隙をもって位置付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１１のシステムであって、
前記再配置要素は、前記検体を移送する移送手段から構成され、前記スキャン用光学素子は前記防振バーで覆われていない前記検体の所定の部分をスキャンすることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１１のシステムであって、
前記位置決め装置は３点の調整型取付けより構成され、
前記３点の調整型取付けの全ての点は接線的に取付けられ、
前記検体は略垂直に取付けられた半導体ウェーハであることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１１のシステムであって、
前記繋ぎ合わせ手段は、前記スキャンの向きを略均一に整合させ前記スキャンを組合せるためのコンピュータから構成されることを特徴とするシステム。
【請求項１６】
検体をスキャンするための方法であって、
前記検体をほぼ固定した位置に位置決めするステップと、
前記検体のスキャンを行わない部分を検体表面に接触しないように覆う防振バーにより前記検体に伝わる振動を防止するステップと、
前記検体の複数の部分をスキャンするステップ、および
前記検体の複数の部分のスキャンを共に繋ぎ合わせるステップとから構成されることを特徴とする検体をスキャンする方法。
【請求項１７】
請求項１６の方法であって、
前記防振は、前記検体から約０．１０ミリメートルから１．０ミリメートル隔てて前記防振バーを位置付けることによって行なわれることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７の方法であって、
前記防振バーで覆われていない前記検体の一部をスキャンすることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１６の方法であって、
検体の維持は前記検体を３点の調整型取付けを用いて略垂直のオンエッジ型の方位で保持することで構成されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１６の方法であって、
繋ぎ合わせは前記スキャンを略均一に方向付けし、前記スキャンを組合せることにより構成されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、全般的に光学的画像形成の分野に関し、特に両側仕様の干渉検体例えば半導体ウェーハのようなもののサブアパーチャデータ画像形成のためのシステムに関する。
【０００２】
（背景技術）
近年、半導体産業の進歩は、結果としてチップ製造のベース材としての半導体ウェーハの直径の著しい増大を齎している。これは経済的、プロセス工学的理由からである。２００ミリメートルや３００ミリメートルの直径を有するウェーハが最近当然のように処理されている。
【０００３】
現在、２００ミリや３００ミリの範囲のウェーハの製造業者や加工業者は、特有の幾何学的形状、即ち、平滑度、曲率、厚さ変動を充分な解離度や精度で検査できる入手可能な幅広い範囲の測定機器を有していない。
【０００４】
検体のスキャン法はサブアパーチャの範囲まで及ぶように改良されているので、両側仕様検体の全検体検査を実施するのに要する時間もまた増加している。検体の一面を検査し、その検体を反転し、その他の一方の面を検査するというような種々の検査への取り組みが用いられている。かかるシステムは検体の機械的取扱いを必要とし、これは好ましいものではない。更に、検体の検査行為は一般に検体を拘束したりするので、検体端部を変形させたり、端部の欠陥を増加させたり、または検査中検体を曲げたりしかねない。
【０００５】
両側仕様検体の両面を検査する一つの方法がディーターミューラー(Dieter Mueller)の出願であるＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＥＰ／０３８８１に開示されている。この出願は，本出願の譲受人であるＫＬＡテンコール社(KLA-Tencor Corporation)に現在譲渡されている。そこに開示されたシステムは、移相干渉型のものを用いている。これは半導体ウェーハのような検体の両面を、ウェーハの厚さ変動と共に、同時トポグラフィ（topography）形状測定を可能にするものである。ミューラーのかすめ入射線干渉型（grazing incidence interferometer）の簡単な図が図１Ａに示されている。図１Ａのシステムは、レンズ装置１０２とともに平行レーザ光源１０１を用いて検体１０３の両側表面に光エネルギを同時にかすめさせる。そこで第２のレンズ装置１０４が出てきた光エネルギの焦点を合わせ、検出器１０５がその光エネルギの検出を行う。
【０００６】
図１Ａ型のものは両側仕様検体の両面を一回の測定サイクルでトポグラフィ形状測定をするのには非常に有用であるが、特有の欠陥を有している。第一に、そのシステムでは測定中検体は殆ど動いてはならない。しかし、このことは周囲の振動や検体自体の振動により、なかなか困難である。更に、検査に時間がかかり、光エネルギの使用やレンズ配列は高度に正確さを要し高価となる。検体は自由に置かれていなければならず、端部からの力も加えられていてはならない。また検査中の入射の配置も妨害があってはならない。全ての入射角のもとでアクセスは保護されていなければならない。これらの要因のため検体を的確に支持するには機械的な問題への挑戦をすることになる。即ち最低数のポイントで力を余計に掛ければ検体を変形させ、接触点を多くすればアクセスを妨害し正確な位置決めが必要となり、それによって検査中の検体変形や湾曲を避けることが必要になる。更に、検体の端部を支持することは、検体を薄膜のように働かせ、微弱な音響的、地震的外乱に起因した振動を誘起してしまう傾向を有している。上述の他の問題と組合せられたこの薄膜による傾向を、周囲の振動を最低にする囲いの中に、このシステムの大部分の構成要素を入れてしまうことで全般的に対処しようとしているが、これがそのシステムに少なからぬコストを加え、しかも全ての振動問題を完全に解決してはいない。
【０００７】
また、図１Ａに示された装置内にある、１枚のウェーハ全体を検査するのに適した寸法のレンズは非常に高価で、しかも検体の直径と一般に同じ直径を有し、使用法にもよるが、一般に２００ミリから３００ミリとなる。３００ミリメートル検体の全検査を行うための構成に用いられる精密レンズ、回折格子、ビーム分割器を含む全開口脱平行（decollimating）光学系は非常に高価で、一般にウェーハの径の半分の径の光学構成部品より数桁大きいコストがかかる。
【０００８】
それゆえ本発明の目的は、直径３００ミリメートルまで、及びそれを超える大きさの径を持つ両側仕様検体を１回の測定サイクルで検査するシステムを提供することである。
【０００９】
更に本発明の目的は、両側仕様検体の検査を過剰な結合点を要せず、同時に検体の両側の検査に自由に到達できるシステムを提供することである。
【００１０】
更に本発明の目的は、検体が薄膜として挙動する傾向を極小化して、両面仕様の検体の１回の測定サイクルの検査を提供し、検査装置や検査工程に関係する音響的および／または地震波的振動を極小化することである。
【００１１】
本発明のなお更なる目的は、上記目的の全てを、比較的低コストで達成することで、特に平行および脱平行光学素子および音響的および地震波的振動を極小化するのに必要な何らかの囲いと関連づけて比較的低コストで提供することである。
【００１２】
（発明の開示）
本発明は両側仕様のウェーハ又は検体の両側の検査を含むウェーハの検査のためのシステムである。ウェーハは固定３点取付け装置を用いて取付けられるが、この装置は、ウェーハを比較的固定した位置に保持するとともに同時に湾曲やストレスを極小にしている。検体より小さい直径、検体の寸法の半分といったような径のレンズを用いたレンズ装置を通して、光エネルギが送られ、ウェーハの表面にあたり、ついで、第２の平行レンズを通過して、そこで検出と測定が行われるようになっている。
【００１３】
このシステムは、更に少なくとも１つの防振バーを有しているが、その防振バーの数はウェーハ再配置装置に依存する。防振バーの効果は検体の測定しない表面の粘性フィルム防振、即ちＶＦＤを行って、ＶＦＤ即ちベルヌーイの原理に応じて振動の影響を極小化することである。個々の防振バーは防振される表面に近接した位置に置かれる。防振バーとウェーハの表面との近さは０．５ミリメートル未満であることが好ましく、０．２５ミリから０．３３ミリの間隙が効果的である。より少ない間隙であると、ねじれた検体を検査したときに問題を生じる。本発明の一実施形態では、走査位置にあるときの検体の半分より僅か少なくカバーする防振バーを用いている。
【００１４】
ウェーハの取付けには３点支持の調整型取付けが用いられる。取付け点は球体または半球体への接線的取付け接点を有したクリップを含み、支持プレートに取付けられ、略同一支持面を形成するように配置されたクリップである。そのクリップはウェーハの形状の多少の不規則さに対して調整可能になっている。接触点が調整可能であることは、硬直した即ち堅い接続をしないでウェーハを保持する能力を与えるもので、そのような堅い接続では湾曲や変形が起きてしまう。勿論不正確な測定となる、ゆるい不確実な接続をせずにウェーハを保持する能力を与えていることは当然である。
【００１５】
光エネルギがビーム導波管を通って偏向ミラーに当たり、更に２つの偏向ミラーによって、放物面平行ミラーに向けられる。偏向ミラーは相互に９０度の向きになっている。放物面ミラーから反射された平行光ビームＰはその２つの偏向ミラーを通ってビーム分割器に達する。
【００１６】
ビーム分割器は第１回折格子として形成され、装置内で垂直に配置されている。平行光ビームＰは回折格子に垂直に当たる。第２回折格子の形でのビームコレクタが第１回折格子からそれに対して平行に配置されている。ビームコレクタの背後に二つの脱平行レンズが同じレベルで配置されている。脱平行レンズから出た光ビームは互いに偏向し、ペアーになっている種々の偏向ミラーを通って、二つのＣＣＤカメラに焦点を当て、光学画像形成システムへと向けられている。
【００１７】
ビーム分割器は光軸に対して横方向に支えられ、回折格子を移動することによって平行光ビームＰの位相を移相するための圧電作動素子を有している。
【００１８】
測定されるウェーハまたは検体は、両平坦表面が光ビームＰに平行な垂直方向に配置されるように支持具に保持されている。ウェーハは略その垂直端部に支えられ、両面が支持支柱によって実質的には接触しない様になっており、自由に干渉計による測定が出来るようになっている。
【００１９】
受側装置を備えることも出来る。更に、少なくとも一つの平坦な表面を有する参照体からなる参照装置が提供されてもよい。参照体は第１回折格子と第２回折格子の間の光路に測定される半導体ウェーハまたは検体の代わりに直線ガイド付きトラベラによって導入されてもよい。参照体はその平坦な表面が回折されていない光ビームＰに平行な垂直方向に向けられるように保持される。
【００２０】
画像形成用の装置や方法についての部分的変更は可能である。２つの正確に平坦な平行表面を有する物体が参照体として用いられ、そこでは両面が同時に測定される。しかし、参照体の唯ひとつの平坦表面を有する実施形態の方がより適している。
【００２１】
１実施形態の装置では、光源が先ず光エネルギを放射し２つのミラー表面にあたる。それにより光エネルギは第１平行レンズを通り検体の二つの表面に同時にあたる。光エネルギはそこで平行レンズの二番目のペアーを通って集束素子装置、検出器の方へ向かってミラーの２番目のペアーに向けられる。接点およびウェーハまたは検体を保持している移送面乃至取付け面は移送台に固定されレンズ／画像形成装置内で、およびレンズ／画像形成装置内へと検体の移送または摺動が行われる。システムは先ず検体の一部分の検査を行い、移送台とウェーハは、移送台の駆動などによって再位置合わせされ又は移送され、ウェーハの別の部分が画像形成路内に置かれるようにする。ウェーハの他の部分が次いで画像形成され、そしてウェーハの両側の画像が共に「繋ぎ合わせ」られる。
【００２２】
ウェーハまたは検体の残りの部分を検査位置に出す他の手段は機械的または手動でウェーハを回転したり、又はウェーハを固定し光学素子と画像形成用構成部品を動かすというような方法を用いてもよい。代わりに、スキャニングをモジュールの多重両側検査を用いて行ってもよい。多重両側検査には、例えば、検体の約３等分、４等分、５等分等に対し３、４、５あるいはそれ以上のスキャンというような、モジュールの多重両側検査を用いて行ってもよい。多重スキャンは時間が余計にかかり、単位時間あたりの処理量は増えるが、このようにすることによって、より小さい光学素子が使用でき、それにより総体のシステムコストを節約できる。
【００２３】
両側仕様検体の２位相スキャンにおいて、少なくとも表面の５０％がスキャンの各相ごとにスキャンされなければならない。実際に好ましくは５０％を超え、例えば各スキャンあたり５５％スキャンするのがよく、それによって、スキャンの比較が可能になるとともに二つのスキャンを一緒に「繋ぎ合わせる」ことが可能になる。
【００２４】
スキャニングと繋ぎ合わせには、各スキャン中、検体の送りとチルトの決定、そのスキャンの送りとチルトに対する各スキャンの調整、および往々にして追加の繋ぎ合わせ処理の実行を含んでいる。追加の繋ぎ合わせ処理では、それに限るものではないが、２つのスキャンの重なり合った部分の間のポイントについて、カーブすり合わせ加工を用いてカーブをすり合わせ、両データの組の平均で、重なり合っている画素を置換え、又は重なり合った領域で平均することの重み付けを行って、端部未整合を除く。これには台形関数、半余弦関数又はその他の数学的関数を用いる。背景基準値は、出来れば差引くと繋ぎ合わせの結果が向上する。比較的大きな欠陥を調査する場合のように、スキャン間で充分な整合性の必要がなければ、チルトや送りに対する簡単な修正だけでよい結果を与える。しかし、多くの場合、完全には必要でないとしても、何らかのタイプのカーブすり合わせ又はスキャン整合が好ましい。
【００２５】
本発明のこれら又は他の目的、利点は当業者にとって以下の発明の詳細な説明および添付の図より明らかになるであろう。
【００２６】
（発明を実施するための最良の形態）
図１Ｂは本発明の第１の実施形態を示すもので、特に、両面ウェーハ又は検体１１１の両側をスキャンするためのものである。図１Ｂによれば、ウェーハ１１１は固定した３点取付け装置を用いて取付けられ、この取付け装置は図２に示されている。３点取付け装置はウェーハ１１１を比較的固定した位置に保持するのに用い、同時に両面ウェーハの湾曲またはストレスを極小にしている。光エネルギは第１の平行レンズ１１２を通って送られる。この平行レンズは光エネルギをウェーハ１１１の表面に当て、ついで第２の平行レンズ１１３を通過し、そこで検出と測定が行われるように配置されている。図１Ｂをよく見れば判るように、第１平行レンズ１１２と第２平行レンズ１１３両方の直径は検体またはウェーハ１１１の直径よりかなり小さく、入射光はウェーハ１１１の表面の一部にのみ当たっている。図１Ｂには図示されていないが、光エネルギは示されている装置においてウェーハ１１１の見える表面に当たっているが、光エネルギは同時に第１平行レンズ１１２を通過してウェーハ１１１の図１Ｂには示されていない反対側に当たっている。光エネルギは検体１１１の反対側から第２平行レンズ１１３へと通過する。
【００２７】
この装置は更に上部防振バー１１４と下部防振バー１１５を有している。図１Ｂに示される装置において、上部防振バー１１４は検体１１１の約半分、特に検査されない半分を覆っている。防振バーの効果というのは、検体１１１の測定にかからない表面を防振して振動の影響を最低にすることである。この装置における防振はＶＦＤ即ちベルヌーイの原理に基づくもので、示されている装置の上部防振バー１１４は防振される表面の非常に近くに配置されている。防振バー１１４又は１１５のいずれかとウェーハの表面の間の間隙は出来れば０．５ミリメートル以下が好ましく、０．２５ミリから０．３３ミリのものを用いると好結果が出る。防振バー１１４又は１１５のいずれかとウェーハ１１１の表面との間に、より小さい隙間を提供することと関わる問題は、ウェーハに何かねじれがあると、バーがウェーハの表面に接触することである。このため、またウェーハの表面によっては、０．１ミリメートル未満の隙間は一般に好ましくない。なお、１ミリメートルを超える隙間は望ましい防振効果を生じない。というのは、ベルヌーイの原理では、１ミリメートルを超える隙間があると充分な防振を生み出さないからである。
【００２８】
検体１１１と上部防振バー１１４又は下部防振バー１１５の間の隙間は、検体と防振バーの間の空気流を制限し、検体に誘起された振動を減衰させる。各防振バーは、丈夫なスチール部材のような一般に硬く重い材料から作られている。全体の大きさ、寸法は重要であるが決定的なものではなく、重要なことは防振バーがウェーハ１１１の少なからぬ部分をカバーすることである。ウェーハの２０％未満のカバーでは、ウェーハへの総体としての防振効果を最低としてしまうが、それでもそれなりの防振効果は与えている。
【００２９】
ウェーハ１１１の一部のみに照明を当てることにより従来行われていたよりも小さなレンズが使える。図１Ｂに示した実施形態では、第１平行レンズ１１２と第２平行レンズ１１３の好ましい大きさは約４．４インチで一方ウェーハ１１１は３００ミリメートルの直径である。そのような装置では、防振バー１１４および１１５は約４．５インチの巾である。防振バーの長さは以下に述べるウェーハの動き方のモードによる。
【００３０】
図２に示すように、ウェーハ１１１の取付けは好ましくは３点調整型取付けを用いるのがよい。そこでの３つのポイント２０１、２０２、２０３は接線で接する球体又は半球体接触を示している。ポイント２０１、２０２、２０３は球又は半球体に接線的な取付け接触を有する小さなクリップであって、取付けプレート１１６のような支持プレートに実質的に同一支持面を形成するように取付けられ、ウェーハ１１１の形状の多少の不規則性に対して調整可能なクリップである。球体又は半球体の構成部品は充分硬くなければならないが、それも硬過ぎるほどであってはならない。これらの部品として好ましい材料はルビーである。ポイント２０１、２０２、２０３が調整可能であることは、硬直した堅い接続をしないでウェーハ１１１の保持が出来る。堅い接続は湾曲や変形のもととなる。不正確な測定の原因となりうる、ゆるい又は不確かな接続をしないで、ウェーハ１１１を保持出来るのは勿論のことである。図１Ｂにおいて、図示していない２つの下側の調整取付けポイント２０２、２０３はウェーハ１１１の下の部分を支持し、上の部分は取付けポイントとクリップ２０１で支持されている。ポイント２０１、２０２、２０３はそれゆえ、ウェーハまたは検体１１１を取付けるのに充分な堅さを有して「ガタツキ」を防ぐが、ウェーハをねじるほど堅くはない。球体又は半球体的接触点は一般に機械技術当業者には公知であり、特に半導体ウェーハの取付け、保持に精通している人には公知である。このように固定することと防振バー１１４、１１５によるベルヌーイの防振の組合せが音響的、地震波的振動を極小化するのに役立っている。
【００３１】
検体の両側の同時画像形成はディーターミューラーのＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ／０３８８１に準じて行われる。なお、この出願は本出願の譲受人であるＫＬＡテンコール社(KLA-Tencor Corporation)に現在譲渡されている。ＰＣＴ／ＥＰ／０３８８１の全体が引例としてここに取り入れられている。この画像形成装置は図７や図８に示されている。図７や図８に示されるように、本発明に使われている光エネルギ配向装置はレーザ８０１の形の光源で構成されている。レーザ８０１から出た光はビーム導波管８０２を通して導かれる。レーザ８０１で生じた光はビーム導波管８０２の端部８０３に現れ、端部８０３は点光源として働く。この出現光は偏向ミラー８０４に当たり、そこで更に２つの偏向ミラー８０５、８０６によって放物面ミラーの形状の平行ミラー８０７にへと再び向きを変えられる。偏向ミラー８０５，８０６は相互に９０度の角度となるような向きに置かれている。放物面ミラー８０７から反射された平行光ビームＰは２つの偏向ミラー８０５，８０６を通過してビーム分割器８０８に達する。
【００３２】
ビーム分割器８０８は第1の回折格子として形成され位相格子であることが好ましい。ビーム分割器８０８は装置の中で垂直方向に配置され、平行な光ビームＰが垂直方向に回折格子に当たる。第２の回折格子の形でビームコレクタ８１０が第１回折格子８０８からそれに平行に配置される。ビームコレクタ８１０の背後には、２つの脱平行（decollimation）レンズ８１１が同じレベルで配置され、これら脱平行レンズから出た光ビームは対になっている偏向ミラー８１２Ａと８１２Ｂ，８１３Ａと８１３Ｂ，８１４Ａと８１４Ｂによってそれぞれ偏向され、２つのＣＣＤカメラ８１６に焦点を合わせられ光学画像形成システム１５に向けられる。
【００３３】
ビーム分割器８０８は光軸を横切って支持され、更に回折格子を移動することで平行光ビームＰの位相をシフトするために圧電起動素子８１７を含んで構成されている。
【００３４】
保持機器８３０、それは例えば支持柱の形であるが、第１回折格子と第２回折格子の間の中央に備えられている。測定されるウェーハまたは検体８０９は保持機器８３０の上に保持され、両平坦表面８３１と８３２は、光ビームＰに平行な垂直方向に配置される。ウェーハ８０９は支持柱に実質的にその垂直端部８３３のみで支持され、両表面８３１と８３２はその支持柱に実質上接触せず自由に干渉計測定が出来るようになっている。
【００３５】
更に、受側装置８３０，８２５が測定されるウェーハ８０９用に提供されてもよい。ウェーハは受側装置に水平に挿入されることができる。傾け装置８２６によってウェーハ８０９はその水平位置から垂直測定位置に傾けてもよいし、またウェーハ８０９は位置決めトラベラによって第１回折格子と第２回折格子の間の光路内に移動してもよく、それにより、測定面８３１、８３２は回折しない光ビームＰに略平行に、そして略垂直方向に配列される。
【００３６】
更に、参照装置８２０が備えられ、この装置は少なくとも一つの平坦な表面８２４を有する参照体８２１より構成されている。参照体８２１は第１回折格子８０８と第２回折格子８１０の間の光路に、測定用半導体ウェーハ又は検体８０９の代わりに、直線ガイド８１８付きのトラベラ８２３によって導入することが出来る。参照体８２１の保持は、その平坦表面８２４が回折されていない光ビームＰに平行な垂直方向に配置されるよう保持される。参照体８２１は、その取付け状態を、表面８２４に平行な軸を中心に１８０度回転可能である。
【００３７】
操作時において、測定されるウェーハ又は検体８０９は先ずウェーハ受側装置８２５に挿入される。表面８３１，８３２は水平に配置される。傾け装置とトラベラ８１９によって、測定されるウェーハが保持機器８３０に運ばれ、そこで表面８３１，８３２が垂直になるよう配置される。ビーム分割器の第１回折格子８０８に当たる平行光ビームＰの回折が、部分光ビームＡとＢを生み出し、そこで正の回折角度を有する部分光ビームＡはウェーハ８０９の一つの表面８３１に当たりそこで反射する。一方負の回折角度を有する部分光ビームＢはウェーハのもう一方の表面８３２に当たり、そこで反射する。平行光ビームＰの回折オーダー零番目のものは、第１回折格子８０８を通過しウェーハ８０９の表面８３１と８３２で反射されない。この光ビームＰの一部は、ビームＡとＢの反射した波頭との干渉において、参照ビームとして働く。ビームコレクタとしての第２回折格子８１０において、反射した部分光ビームＡとＢは、回折オーダー零番目の参照ビームＰと再び互いに組合され、二つの部分光ビームＡ+ＰとＢ＋Ｐの形で、正のレンズ８１５と共に脱平行レンズ８１１と偏向ミラー８１２、８１３，８１４を介してＣＣＤカメラ８１６の焦点面に焦点が合わせられる。
【００３８】
表面の露光中、平行光ビームＰの位相は回折格子を移動することによって９０度と１２０度に繰返しシフトされる。これにより位相がシフトされた干渉パターンが出来る。移相器８１７によって作られた干渉相の規定されたシフトは測定されて、測定された面８３１、８３２に突起又はくぼみがあるかを判定し、二つのデジタル化した位相パターンは互いに差引きされる。
【００３９】
参照体８２１を用いた較正はウェーハ８０９の各測定の前に行ってもよい。参照体８２１は第１回折格子８０８と第２回折格子８１０の間のビーム路に導入される。既知の平担な表面８２４が測定される。次いで、参照体８２１が１８０度回転され、同じ表面８２４が第２表面として測定される。
【００４０】
図３はウェーハ又は検体の存在しない測定モデルを示している。図３から、光源３０１が最初光エネルギを放射し、第１ミラー面３０２と図示しない第２ミラー面３０３に当たるように焦点を合わせる。これらの二つのミラー面のそれぞれは、光エネルギをこの図では示していない第１平行レンズ１１２に通過させ、光エネルギは、同時に、やはり図示していない検体１１１の二つの表面に当たる。検体１１１の二つの表面に当たった後、光エネルギは、やはり図３に示されていない第２平行レンズ１１３を通過して第３ミラー３０４および第四ミラー３０５に向けられる。第３ミラー３０４および第４ミラー３０５は光エネルギを集束素子３０６および検出器３０７に向ける。画像形成アーム３１１は第３ミラー３０４から集束素子３０６への光画像路を示している。集束素子やセンサーは当業者に公知のもので、多重レンズ、およびＣＣＤ又は他の画像形成センサのようなレンズ装置を含むことが出来る。集束素子３０６、および検出器またはセンサ３０７がその他の作用を行なうことは、なお本発明の範囲内にあって可能である。
【００４１】
図１Ｂから、検体１１１はポイント２０１を含んだ３点に取付けられ、３点は取付け面１１６に固定して取付けられる。取付け面１１６は移送面１１７に固定して取付けられている。移送面１１７又は取付け面１１６のいずれかが移送台３０８に固定され、取付け面１１６及び検体１１１を図３に示された装置内で、または装置内に移送又は摺動させる。この装置は更に移送面１１７を有していてもよいが、これは利用方法にもよる。移送台３０８は図１Ｂの装置、特にウェーハ又は検体１１１、ポイント２０１、２０２、及び２０３、取付け面１１６、移送面１１７が、下記に述べるように比較的限られた範囲で上下に動くのを可能にしている。移送面１１７を使用しているような装置では、移送面、取付け面が接触点とともに測定モジュール３００内に配置されるが、出来れば移送面１１７を移送台３０８に取付けることで配置されることが好ましい。検体１１１は近接する防振バー３０９と共に防振バー１１４，１１５の間に物理的に位置付けられポイント２０１，２０２および２０３に固定されている。ひとたび検体１１１がポイント２０１，２０２，２０３に正しく固定されると、ウェーハの下部の検査が始められる。適当な検査が終了した後、即ち、検体１１１の一部の検査が容認できる結果を得た後、移送台３０８と最後にはウェーハが、移送台３０８をトラック３１０に沿って駆動させるなどして再配置または移送され、検体１１１の残り約半分、ウェーハ１１１で言えば他の部分が画像形成路内にあるようにする。そのウェーハの他の部分がそこで画像形成され、ウェーハ表面の両側の画像が共に繋ぎ合わされる。
【００４２】
防振バーは本発明の範囲内で、上に述べたように、寸法を変えてもよい。図３において、防振バーは端部片３１０、３１１に固定されているが、上述の隙間の空き具合が確保され、ウェーハの希望する部分でのスキャンが行える限り、どのような取付けであってもよい。
【００４３】
理解されるように、ウェーハ又は検体１１１の残りの部分を検査するには、別の手段が使われてもよい。即ち、取付けポイントから離して手動で回すなどしてウェーハを回転させてもよい。代わりに、取付け面１１６を移送面１１７に回転可能に搭載することと取付け面１１６に二つのロックする場所を備えることによって検体の機械的な回転を起こさせてもよい。即ち、ウェーハ１１１、ポイント２０１，２０２および２０３、取付け面１１６は当初移送面１１７に固定して係合される。検体１１１の一部の第１検査スキャンが完了すると、ウェーハ１１１、ポイント２０１，２０２、２０３及び取付け面１１６は移送面１１７の固定を外され、移送面１１７に直角な軸上を機械又は手動で垂直に回される。ウェーハと関連するハードウェアは第２の固定位置に１８０度回転し、そこで面が固定され第２の検査スキャンが始まる。この回転動作の間、防振バーや妨害物は機械又は手動で取り除かれ、ポイント２０１、２０２、および２０３との接触を防いでいる。種々の構成部分特に取付け面１１６は、移送台や他のモジュール構成部分と接触しないで測定モジュール３００内の回転に合うように寸法が決められている。
【００４４】
代わりに、スキャニングは、検体の約３等分、４等分、５等分の部分に対し３、４、５スキャンのような、モジュールの多重両側検査を用いて行ってもよい。多重スキャンは時間が余計にかかり、単位時間あたりの処理量は増えるが、このようにすることによって、より小さい光学素子が使用でき、システムコストを節約できる。数多くのサブアパーチャスキャンが図３に示されるものと同じようなシステムで行われてもよい。これもなお本発明の範囲である。
【００４５】
図４Ａと４Ｂは、ウェーハ又は検体１１１の回転スキャン装置を示している。理解されるように、両面検体の２位相スキャンにおいて、少なくとも、表面の５０％がスキャンの各相ごとにスキャンされなければならない。実際に好ましくは５０％を超え、例えば各スキャンあたり５５％スキャンするのがよく、それによって、スキャンの比較が可能となるとともに二つのスキャンを一緒に「繋ぎ合わせる」ことが可能になる。図４Ａに示される装置において、面１１１のＡ部として示されるように、５０％を超える面が先ずスキャンされる。Ｂ部は防振バーのひとつによって覆われている。最初のスキャン相の後、検体１１１は手動又は機械的に図４Ｂに示された位置に回される。前面および裏面の両方の約５５％がこの第２相の間にスキャンされる。これにより、ウェーハの５％が重なり合うことになり、これらの重なり合った部分間の比較がスキャンを一緒に繋ぎ合わせられるかの参考となる。図４Ｂにおいて、ウェーハのＡ部は防振バーで覆われている。
【００４６】
代わりに、図３に示された装置でのように、ウェーハ又は検体１１１が垂直に移送され、２又はそれ以上の別々のスキャンが行われてもよい。図５Ａと５Ｂに示すように、ウェーハ１１１の一部は防振バー１１４および１１５のような２つの防振バーの間に置かれ、図５Ａで「Ｂ]とマークした部分がスキャンされる。そこに示されるように、検体１１１の５０％を超える部分はスキャンされ、その重なり合った部分は第２のスキャンと繋ぎ合わされる。最初のスキャンの後、ウェーハは図５Ｂに示される位置に移送される。図５Ｂの「Ａ」部が次にスキャンされ、その時下部の防振バーは「Ｂ」部の大部分をカバーする。２つのスキャンの重なり合った部分はそこで繋ぎ合わされ、その面全体の提示がなされる。そしてそのようなスキャンが両側について行われる。
【００４７】
図４Ａ，４Ｂ，５Ａおよび５Ｂから明らかなように、もし検体１１１が図４Ａや４Ｂのように回されるのであれば、一本の防振バーが必要であり、ウェーハ１１１が図５Ａや５Ｂのように移送されるのであれば２つの防振バーが必要となる。なお、測定の組立てにより、任意の送り又はＤＣオフセットおよびチルトが各測定に適用され、そのことは、多少の修正が繋ぎ合わせの前または最中に必要になるということを意味し、それによって正確に表面の測定が得られる。
【００４８】
図６はここに記載された発明によって使われる一般的なスキャンと繋ぎ合わせのアルゴリズムを示している。アルゴリズムはステップ６０１で始まり、検体１１１の送りとチルトを決めるとともにステップ６０２で最初のスキャンを始めている。アルゴリズムはステップ６０３でそのスキャンが受け入れられるか否かを評価するが、それはオペレータが実際にスキャンを評価するか、既知のスキャン又は前のスキャンとの機械的な比較による評価とどちらを受け入れるかの評価である。スキャンが受け入れられるものであれば、アルゴリズムはステップ６０４に進むが、そこでウェーハは次の場所に再配置される。スキャンが受け入れられない場合は、ウェーハはその元の位置で再スキャンされる。送りとチルトは再計算されるがウェーハは動かないのでこれは必要ではない。ステップ６０４でウェーハが再配置されると、ステップ６０５で次のスキャンが行われ、新しい方向へのチルトと送りが計算される。ステップ６０６でスキャンが受け入れられるかが評価され、受け入れられなければスキャンが再び行われる。送りとチルトはここでもまた再計算される必要はない。一旦スキャンが機械的または目視的に受入れられるようであれば、アルゴリズムは全表面がスキャンされたかどうかをステップ６０７で判定する。もし全表面がスキャンされていなければ、そのウェーハは再び再配置され残りのスキャンが、示されているステップに従って実行される。もし全表面がスキャンされていれば、アルゴリズムはステップ６０８で、ｘイコール１およびｙイコール２と設定する。ステップ６０９でシステムはスキャンｘをチルトと送りにあわせて変更し、それとは別にスキャンｙをそれぞれのチルトと送りに合わせて変更する。この時点でスキャンｘとｙは中立に位置付けられ共に繋ぎ合わされてもよい。ステップ６１０は追加の繋ぎ合わせ処理を行うための任意のステップである。追加の繋ぎ合わせ処理では、それに限られるわけではないが、２つのスキャンの重なり合った部分の間のポイントについて、カーブすり合わせ工程でカーブをすり合わせ、両データの組の平均で、重なり合っている画素を置換え、または重なり合った領域で平均することの重み付けを行って、端部での未整合を除く。これには台形関数、半余弦関数，又はその他の数学的関数を用いる。背景基準値は出来れば差引くと繋ぎ合わせの結果が向上する。もし比較的大きな欠陥を調査する場合のような、スキャン間で充分な整合性の必要がなければ、簡単にチルトや送りに対する修正だけでよい結果を与えステップ６１０は実行しなくてよい。しかし、多くの場合、ある種のカーブすり合わせ又はスキャン整合が必要である。スキャンはステップ６１１で整合され繋ぎ合わされる。そのような繋ぎ合わせアルゴリズムは図示しないマイクロプロセッサのような計算機器を用いて行うのが好ましい。
【００４９】
ステップ６１２はウェーハ全体が繋ぎ合わされたかを査定する。もし終わっていなければ、ステップ６１３でｘとｙを増加させるように進み、残っている部分の追加の繋ぎ合わせを行う。ウェーハ全体が繋ぎ合わされたら、アルゴリズムはステップ６１４で終了する。
【００５０】
上に提出された開示に基づき、特に図３に示されたものと関わって、ウェーハ１１１は一般に再配置され、一方検査光源と光学素子は固定されている。このようにすると、両側ウェーハの多重スキャンを行うための段取り時間が明らかに有利になる一方、ウェーハが固定されたまま、光源や関連光学素子や検出器は摺動可能または回転可能に搭載されてもよいことが判る。図３に示す構成において、光源３０１、支持部材３１０，３１１、防振バー１１４，１１５、防振バー３０９，４つのミラー３０２、３０３、３０４、３０５、集束素子３０６、および検出器３０７は単一表面に取付けられ、互いに関連した位置に固定的に位置付けられ、ウェーハの回りを移送または回転させてもよい。代わりに、これら構成要素は、共に又は個別に移送され、ウェーハ又は検体１１１について続いてスキャンを行ってもよい。
【００５１】
この発明はその特定の実施形態と関連して記述されているが、この発明は更なる変形が可能であることが判るであろう。この出願は、一般にこの発明の原理に従っている変形、用法や適合をカバーしようとするもので、本開示からの次のような離脱即ち、本発明が属する技術内で公知で習慣的に行われている範囲内にいたるような離脱も包含しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  先行のミューラーのシステムの一般概念を示した図で、このシステムは半導体ウェーハ又は検体が略「垂直」方向に向けられている時、検体の両側を検査するものである。
【図１Ｂ】  本発明の第１の実施形態を示した図で、防振バーおよび両側仕様のレンズ装置を含むものである。
【図２】  ウェーハ又は検体の取付けポイントを示した図である。
【図３】  ウェーハを移送し複式の防振バーの存在下での多重スキャンを実行することと関連して用いる測定モジュールを示した図である。
【図４Ａ】  回転スキャンや繋ぎ合わせ処理がウェーハ表面の約半分について行われるときの、防振バーに対応したウェーハ又は検体の第１位置を示した図である。
【図４Ｂ】  回転スキャンや繋ぎ合わせ処理がウェーハ表面の他の約半分について行われるときの、防振バーに対応したウェーハ又は検体の第２位置を示した図である。
【図５Ａ】  移動スキャンや繋ぎ合わせ処理がウェーハ表面の約半分について行われるときの、防振バーに対応したウェーハ又は検体の第１位置を示した図である。
【図５Ｂ】  移動スキャンや繋ぎ合わせ処理がウェーハ表面の他の約半分について行われるときの、防振バーに対応したウェーハ又は検体の第２位置を示した図である。
【図６】  本発明によるスキャンと繋ぎ合わせを実施するアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図７】  半導体ウェーハの両面画像形成を行うのに必要な構成部品や光学系を概念的に模式図で示した図である。
【図８】  構成部品と光学素子の上面図で光エネルギの路を示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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