(57)【要約】  本発明は、ウェハ（１２）の第１の表面（１３）上の、前記第１の表面（１３）の下に存在する構造（１４）に対する形状の測定を行うためのデバイスまたは装置であって、（ｉ）少なくとも１つの測定フィールドにしたがって、ウェハ（１２）の前記第１の表面（１３）上の形状の測定を行うために配置された形状測定手段（１０）と、（ｉｉ）少なくとも１つの撮像フィールドにしたがって、前記形状測定手段（１０）に対向し、前記第１の表面（１３）とは反対側の前記ウェハ（１２）の第２の表面上のまたは表面を貫通した前記構造物（１４）の参照画像を取得するように配置された撮像手段（１１）とを含み、前記形状測定手段（１０）および前記撮像手段（１１）は、前記測定フィールドおよび前記撮像フィールドが共通の参照フレーム（１５）内の所定の位置で参照されるように配置されるデバイスまたは装置に関する。  本発明はまた、このデバイスまたはこの装置で実施される方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ（１２）の第１の表面（１３）上の、前記第１の表面（１３）の下に存在する構造（１４）に対する形状の測定を行うための装置であって、
少なくとも１つの測定フィールドにしたがって、ウェハ（１２）の前記第１の表面（１３）上の形状の測定を行うように配置された形状測定手段（１０）と、
少なくとも１つの撮像フィールドにしたがって、前記形状測定手段（１０）に対向し、前記第１の表面（１３）とは反対側の前記ウェハ（１２）の第２の表面上のまたは表面を貫通した前記構造物（１４）の参照画像を取得するように配置された撮像手段（１１）とを含み、
前記形状測定手段（１０）および前記撮像手段（１１）は、前記測定フィールドおよび前記撮像フィールドが共通の参照フレーム（１５）内の所定の位置で参照されるように配置されることを特徴とする装置。
【請求項２】
赤外線の波長で画像を生成することができる撮像手段（１１）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
フルフィールド干渉計（２０）を備えた形状測定手段（１０）を含む、請求項１または２の一項に記載の装置。
【請求項４】
マイケルソン型、ミロー型、リニック型、フィゾー型のうちの１つのフルフィールド干渉計（２０）を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記形状測定手段（１０）および前記撮像手段（１１）が実質的に平行な光軸（２１、２７）を有する、請求項３または４の一項に記載の装置。
【請求項６】
点距離センサを使用する形状測定手段（１０）と、前記点距離センサで前記第１の表面（１３）を走査するための走査手段とを含む、請求項１または２の一項に記載の装置。
【請求項７】
共焦点センサ、クロマティック共焦点センサ、干渉計、スペクトル領域低コヒーレンス干渉計、時間領域低コヒーレンス干渉計、周波数走査低コヒーレンス干渉計、機械式プローブ、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）プローブのうちの１つの距離センサを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
形状測定手段（１０）に面する第１の面（１３）および撮像手段（１１）に面する第２の面を有する、ウェハ（１２）を位置決めするための支持体をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
ウェハ（１２）の第１の表面（１３）上の、前記第１の表面（１３）の下に存在する構造（１４）に対する形状の測定を行う方法であって、
形状測定手段（１０）を実装することによって、前記ウェハ（１２）の前記第１の表面（１３）上の少なくとも１つの測定フィールドに応じた形状の測定値を取得する工程と、
前記形状測定手段（１０）に対向する撮像手段（１１）を実装することによって、前記第１の表面（１３）とは反対側の前記ウェハ（１２）の第２の表面上のまたは表面を貫通する少なくとも１つの撮像フィールドにしたがって前記構造（１４）の参照画像を取得する工程とを含み、
前記測定フィールドおよび前記撮像フィールドは、共通の参照フレーム（１５）内の所定の位置で参照されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記参照画像内の前記構造（１４）の位置を識別する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの識別された構造の位置に近接した形状の測定値を取得する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
参照平面の形態の共通の参照フレーム（１５）内の測定フィールドおよび撮像フィールドの位置を事前に較正する工程をさらに含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理中にウェハの表面形状測定を行うための装置に関する。本発明はまた、本装置によって実施される測定方法に関する。
【０００２】
本発明の分野は、より具体的には、マイクロシステム（ＭＥＭＳ）およびマイクロエレクトロニクスの分野におけるデバイスの測定および寸法制御に関するものであるが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００３】
マイクロエレクトロニクスで実施される製造方法は、一般的に、層の堆積およびエッチングの連続工程に依存し、スタックの形態の部品の生産をもたらす。
【０００４】
層の非常に高い平坦度がしばしば必要とされる。したがって、この平坦度を測定する技術、特に光学的形状測定を実施することが知られている。
【０００５】
光学的形状測定技術の中で、１回または少数の測定で表面の形状を直接得ることを可能にする「フルフィールド」と呼ばれるものが知られている。特に、測定される表面によって反射される測定ビームと参照ビームとの間の干渉を使用する干渉計技術がある。異なる干渉計構成が可能であり、そのうちのいくつかは、リニック干渉計、ミロー干渉計、マイケルソン干渉計、またはフィゾー干渉計の名称で知られている。
【０００６】
表面を走査するスポット測定ビームを用いた点から点の距離測定に基づいた光干渉計測技術もまた、知られている。この場合に実施される検出技術は、特に、共焦点、クロマティック共焦点技術、または干渉計または（広いスペクトル源を用いた）低コヒーレンス干渉計に基づくものを含むことができる。しかしながら、それらはフルフィールド技術よりもはるかに遅いという欠点を有する。
【０００７】
これらの技術全てに共通する制約は、良好な測定を得るためには、使用波長における被測定面の反射率が高くなければならないということである。また、測定が埋め込まれた層での迷光によって妨害されないことも必要である。したがって、材料に浸透しない波長、または僅かしか浸透しない波長（シリコンに対しては可視波長）が一般的には使用される、または被測定層が可視スペクトルにおいて透明である場合には、その上に金属（タンタル）堆積が事前に行われる。
【０００８】
ある状況では、すでに製造された部品またはチップを覆い、これらの部品と対向する層の平坦度を測定し、特徴付けることが必要である。そのとき発生する問題は、これらの部品が測定面から見えないことである。したがって、必然的に不正確な先験的な設計情報を使用することなく、これらの部品の正確な位置に平坦度の測定値を付加または参照することは困難である。
【０００９】
本発明の目的は、ウェハに埋め込まれた部品または少なくとも被測定面の下に位置する部品に対して正確に検知または参照される表面の形状の測定を実行することを可能にする形状測定装置および方法を提案することである。
【００１０】
本発明の目的はまた、ウェハに埋め込まれた部品または少なくとも被測定面の下に位置する部品に結び付けられた参照フレーム内の表面の形状の測定を実行することを可能にする形状測定装置および方法を提案することでもある。
【発明の開示】
【００１１】
この目的は、ウェハの第１の表面上の、前記第１の表面の下に存在する構造に対する形状の測定を行うための装置であって、
少なくとも１つの測定フィールドにしたがって、ウェハの前記第１の表面上の形状の測定を行うように配置された形状測定手段と、
少なくとも１つの撮像フィールドにしたがって、前記形状測定手段に対向し、前記第１の表面とは反対側の前記ウェハの第２の表面上のまたは表面を貫通した前記構造物の参照画像を取得するように配置された撮像手段とを含み、
前記形状測定手段および前記撮像手段は、前記測定フィールドおよび前記撮像フィールドが共通の参照フレーム内の所定の位置で参照されるように配置されることを特徴とする装置によって達成される。
【００１２】
構造は、例えば、ウェハの層に埋め込まれるか、またはオプションとして第１の表面とは反対のウェハの面上に生成される部品、トラック、またはチップとすることができる。これらは、第１の表面上には見えない構造であり、したがって、形状測定手段の観点からこの表面の下にある構造である。
【００１３】
形状測定手段に対向する撮像手段は、本発明の装置内に配置されたときに、被測定ウェハの第１の表面とは反対の第２の表面に対して配置することができる。それらは、構造を撮像すること、またはたとえこれらの構造が第１の表面を通して識別できない場合でも、少なくとも構造が位置することを可能にする画像を得ることを可能にする。
【００１４】
本発明によれば、形状測定手段および撮像手段は、それらのそれぞれの測定フィールドおよび撮像フィールドの位置および範囲が、それぞれが互いに既知であるか、換言すれば、１つの同じ参照フレーム内で参照されるように、空間的に較正または参照される。
【００１５】
好ましくは、測定フィールドおよび撮像フィールドは、互いに実質的に平行な平面の形状で表すことができる。それらは、参照平面の形態で、共通の参照フレーム内で参照することができる。
【００１６】
したがって、本発明の装置内でのウェハの正確な位置の先験的知識を必要とすることなく、構造の位置に形状測定の測定値を付加またはリンクさせることが可能である。
【００１７】
実施形態によれば、本発明による装置は、赤外線の波長で画像を生成することができる撮像手段を含むことができる。
【００１８】
したがって、可視波長において不透明である材料（例えば、シリコン）を通した撮像を含む、ウェハの層に「埋め込まれた」構造を撮像することが可能である。
【００１９】
特に、それらが製造される基板を通して構造を撮像することが可能である。
【００２０】
実施形態によれば、本発明による装置は、フルフィールド干渉計を使用する形状測定手段を含むことができる。
【００２１】
それは、特に、マイケルソン型、ミロー型、リニック型、フィゾー型のうちの１つのフルフィールド干渉計を含むことができる。
【００２２】
フルフィールド干渉計は、被測定面の少なくとも一部を表す測定信号または２次元干渉構造を処理することを可能にする干渉計である。
【００２３】
実施形態によれば、形状測定手段および撮像手段は、実質的に平行な光軸を有することができる。
【００２４】
実施形態によれば、形状測定手段および撮像手段は、共通の光軸に沿ってアライメントさせることができる。
【００２５】
実施形態によれば、本発明による装置は、点距離センサを使用する形状測定手段と、前記点距離センサで前記第１の表面を走査する走査手段とを含むことができる。
【００２６】
それは特に、共焦点センサ、クロマティック共焦点センサ、干渉計、スペクトル領域低コヒーレンス干渉計、時間領域低コヒーレンス干渉計、周波数走査低コヒーレンス干渉計、機械式プローブ、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）プローブのうちの１つの距離センサを含むことができる。
【００２７】
この場合、形状情報を再構成するために、表面の高さを点から点まで測定する。
【００２８】
距離センサは、表面の高さまたは局所高度に関する情報の項目を生成することができる任意のセンサを含むことができる。それはまた、特に、光学センサ（共焦点、干渉計）、機械的センサ（プローブ）、またはプローブ点と被測定面との間の原子レベルでの相互作用を利用するセンサ（「原子間力顕微鏡」ＡＦＭ）を含むことができる。
【００２９】
本発明による装置はまた、形状測定手段に面する第１の面と撮像手段に面する第２の面とを有する、ウェハを位置決めするための支持体を含むことができる。
【００３０】
ウェハ支持体は、チャックを含むことができる。
【００３１】
別の一態様によれば、ウェハの第１の表面上の、前記第１の表面の下に存在する構造に対する形状の測定を行うための方法であって、形状測定手段を実装することによって、ウェハの前記第１の表面上の少なくとも１つの測定フィールドに応じた形状の測定値を取得する工程と、前記形状測定手段に対向する撮像手段を実装することによって、第１の表面とは反対側のウェハの第２の表面上のまたは表面を貫通する少なくとも１つの撮像フィールドにしたがって構造の参照画像を取得する工程とを含み、前記測定フィールドおよび前記撮像フィールドは、共通の参照フレーム内の所定の位置で参照される方法が提案される。
【００３２】
実施形態によれば、本発明の方法はまた、参照画像内の構造の位置を識別する工程を含むことができる。
【００３３】
それは、少なくとも１つの識別された構造の位置に近接した形状の測定値を取得する工程を含むことができる。
【００３４】
実施形態によれば、本発明による方法はまた、参照平面の形態の共通の参照フレーム内の測定フィールドおよび撮像フィールドの位置を事前に較正する工程を含むこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本発明の他の利点および特徴は、決して限定されない実施態様および実施形態の詳細な説明を読むことによって、および添付の図から明らかになるであろう。
【図１】本発明に係る装置の一実施形態を示す。
【図２】マイケルソン型のフルフィールド干渉計を備えた形状測定器の一実施形態を示す。
【図３】ミロー型のフルフィールド干渉計を備えた形状測定器の一実施形態を示す。
【図４】本発明に係る方法の第１の実施形態を示す。
【図５】本発明に係る方法の第２の実施形態を示す。
【図６】本発明に係る装置を用いて得られた測定の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に説明される実施形態は決して限定的ではないことは十分に理解される。この特徴の選択が技術的優位性を付与するために、または最新技術に関して本発明を区別するのに十分である場合には、記載された他の特徴とは別に、以下に記載される特徴の選択のみを含む本発明の変形形態を想定することができる。この選択は、構造的詳細がない少なくとも１つの、好ましくは機能的な特性を含むか、またはこの部分のみが技術的利点を与えるかまたは従来技術の状態に関して本発明を区別するのに十分である場合には構造的詳細の一部のみを含む。
【００３７】
特に、技術的な観点からこの組み合わせに異論がない場合には、記載された全ての変形形態および全ての実施形態を組み合わせることができる。
【００３８】
図面において、いくつかの図に共通の要素は同じ参照を保持する。
【００３９】
まず、図１を参照して、本発明に係る装置の一実施形態を説明する。
【００４０】
好ましい一実施形態では、本発明に係る装置は、ウェハ１２の表面１３上の形状の測定を行うことを意図しており、ウェハ１２はまた、表面１３の下に埋め込まれた層内に構造１４を含む。
【００４１】
次に、本発明に係る装置は、共通の参照フレーム１５内に表面１３および構造１４の形状（またはそれらの位置）の測定値を記録または示すことを可能にする。
【００４２】
したがって、非限定的な例として、本発明に係る装置は、ウェハ１２の基板上に生成された構造１４の上に、構造１４を覆うような方法で堆積された接触層の平坦度を監視するために使用することができる。これらの構造１４は、特に、集積回路１４とすることができる。この場合、集積回路１４の上の接触層の平坦度を正確に監視することが重要である。ここで、この接触層は、表面１３の側において（特に、それが金属層によって覆われている場合）、集積回路の位置を視覚化することができない。
【００４３】
したがって、本発明に係る装置によって、被測定面１３に対向するウェハ１２の部分を構成する集積回路１４を、基板を通して視覚化し位置決めすることができ、また、集積回路１４の位置に対する形状の測定を実行し記録することができる。
【００４４】
したがって、本発明に係る装置は、このウェハがウェハ支持体（図１には図示せず）内に配置されたときに、ウェハ１２の表面１３上の形状の測定を行うことを可能にする形状測定手段１０を含む。
【００４５】
本発明に係る装置はまた、表面１３に対してウェハ１２の中または下に存在する構造１４を撮像するように意図された撮像手段１１を含む。
【００４６】
形状測定手段１０および撮像手段１１は、ウェハ１２がウェハ支持体内に配置されたとき、ウェハ１２の両側に互いに対向して配置される。
【００４７】
ウェハ支持体は、形状測定手段１０および撮像手段１１に対してウェハ１２を移動させて正確に位置決めすることを可能にする移動手段および並進手段および／または回転手段を備える。
【００４８】
コンピュータ２８は、装置を制御し、データを処理する。
【００４９】
提示された実施形態では、形状測定手段１０は、目的のレベルでフルフィールド干渉計２０を備えた顕微鏡の形態であり、したがってフルフィールド形状測定器１０を構成する。
【００５０】
（例えば、発光ダイオードまたはハロゲン源に基づく）光源１６は、可視および／または近赤外波長の光ビーム１９を生成する。この光ビーム１９は、キューブまたはビームスプリッタ１８によってフルフィールド干渉計２０に向けられる。
【００５１】
フルフィールド干渉計２０内において、光ビーム１９は、参照ミラーを照射する参照ビームと、ウェハ１２の表面１３を照射する測定ビームとに分離される。ウェハの表面１３によって、および参照ミラーによって、それぞれ反射された光は、（例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳタイプの）マトリクス検出器１７に再び向けられる。
【００５２】
形状測定器１０は、マトリクス検出器１７上のウェハの表面１３を撮像するように配置された結像対物レンズを含む光学系およびレンズを含む。測定ビームと参照ビームとの間の光路差が光源１６のコヒーレンス長よりも小さい場合、測定ビームと参照ビームとの間の干渉に起因する干渉縞も見える。当業者に知られている技術によるこれらの干渉縞の復調は、検出器１７上に結像されたこの表面１３のゾーンに実質的に対応する測定フィールドにしたがった表面１３の形状を再構成することを可能にする。
【００５３】
本発明の文脈において使用することができる異なる種類のフルフィールド干渉計２０が存在する。
【００５４】
図２を参照すると、フルフィールド干渉計２０は、マイケルソン構成とすることができる。それは、結像対物レンズ４０と被測定面１３との間に配置されたセパレータキューブ４１（またはビームスプリッタ）を含む。このセパレータキューブ４１は、参照ビームを生成するために、入射光ビーム１９の一部を参照ミラー４２に反射する。
【００５５】
図３を参照すると、フルフィールド干渉計２０はまた、ミロー構成とすることができる。それは、結像対物レンズ４０と被測定面１３との間に配置された半反射ビームスプリッタ５１を含む。このビームスプリッタは、入射光の一部を光ビームの中央に位置する参照ミラー５２に反射する。
【００５６】
フルフィールド干渉計はまた、リニック構成とすることができる。この構成は、結像対物レンズが干渉計の各アームに導入されるマイケルソン構成の変形である。この場合、セパレータキューブ４１は、光ビーム内の結像対物レンズの前に配置される。
【００５７】
もちろん、フルフィールド干渉計２０の他の構成もまた、本発明の文脈内で可能である。
【００５８】
形状測定器はまた、被測定面１３に対して干渉計２０および結像対物レンズ４０によって構成されるアセンブリを非常に正確に移動させることを可能にする（例えば、圧電アクチュエータを実装することによる）並進手段４３を含む。これらの並進手段４３は、分離素子（例えば、図２のセパレータキューブ４１または図３のビームスプリッタ５１）と被測定面１３との間の測定ビームの光路を、この分離素子と参照ミラーとの間の参照ビームの光路を変更することなく、変化させることを可能にする。したがって、既知のまたは制御された方法で検出器１７上に得られた干渉構造の位相を変化させることが可能であり、異なる位相散逸条件で取得された画像のシーケンスに基づいて、表面１３の形状を非常に正確にかつ明確に再構成することを可能にする「位相ステッピング」タイプの再構成アルゴリズムを実施することができる。
【００５９】
撮像手段１１は、光源２３、結像対物レンズ２６、（例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳタイプの）マトリクス検出器２７、および（例えば）ビームスプリッタまたはセパレータキューブタイプの分離素子２４を有する撮像顕微鏡の形態にある。
【００６０】
光源２３からの光２５は、分離素子２４によってウェハの裏面に向けられる。ウェハ２１によって反射され、結像対物レンズ２６によって集められた光は、マトリクス検出器２７に向かって伝送される。結像対物レンズ２６を有する光学系は、撮像フィールドにしたがって、マトリクス検出器２２上にウェハの像を形成することができるように配置される。
【００６１】
光源２３は、シリコンがもはや完全に不透明ではない１マイクロメートルよりも長い波長に達するように、近赤外線内に延びる発光スペクトルを呈するように設計される。この光源２３は、ハロゲン光源とすることができる。そして、シリコンに基づくマトリクス検出器２２を用いても、基板などのシリコン層を介してウェハ１２の構造１４の画像を得ることが可能である。
【００６２】
前に説明したように、形状測定手段１０および撮像手段１１は、測定フィールドおよび撮像フィールドが共通の参照フレーム１５内の所定の位置で参照されるように配置される。
【００６３】
この目的のために、形状測定手段１０および撮像手段１１は、それらを互いに正確かつ安定的に保持および／または位置決め可能にする支持体にしっかりと固定される。
【００６４】
さらに、それらは、形状測定手段１０の光軸２１と撮像手段１１の光軸２７とが実質的に一致するように、または少なくとも近接して実質的に平行になるように配置される。このようにして、ウェハ１２のレベルで測定フィールドおよび撮像フィールドが実質的に重畳され、ウェハの厚さに起因する視差エラーが回避される。
【００６５】
次いで、装置は、例えば、試料または両面にパターンを含む較正用ウェハ１２によって較正され、較正用ウェハ１２のうちのいくつかの位置は他のパターンに対して既知である。形状測定器１０もまた撮像システムであるので、較正は、両面に可視パターンを含むウェハ１２を使用して単純に撮像することによって行うことができることを留意すべきである。
【００６６】
したがって、測定フィールドおよび撮像フィールドは、２次元（Ｘ−Ｙ）または参照平面内の共通の参照フレーム１５内に配置することができる。実際に、形状測定器と撮像手段の光軸２１、２７を実質的に平行に位置決めするように注意が払われているならば、形状測定および撮像測定の間の（ウェハ１２の厚さに対する）高さの差を知る必要はない。
【００６７】
例えば、参照平面１５を撮像フィールドに取り付けることが可能であり、これによりウェハの構造１４を特定することが可能になり、（平行移動、回転、および相似変換に基づいて）平面内の伝達関数を較正することによって計算することができ、これは、撮像フィールド内の測定フィールドの画素を特定することを可能にする。
【００６８】
本発明の装置は、異なる方法で測定値を取得し、処理することを可能にする。
【００６９】
一例として、図４は、本発明に係る表面形状を測定する方法を示しており、この方法は、
撮像手段１１で参照画像を取得する工程６０と、
例えば、既知の画像のセグメンテーション技術を実施することによって、参照画像内のウェハ１２の構造１４の位置（およびオプションとしてそれらの形状）を特定する工程６１と、
較正中に得られた伝達関数を考慮して、識別された構造１４の位置に対応する１以上のゾーン内のウェハの表面１３の形状を形状測定器１０で取得する工程６２とを含む。
【００７０】
また例として、図５は、本発明に係る形状を測定する方法を示しており、この方法は、
撮像手段１１によって撮像フィールドに応じて参照画像７０を取得する工程６０と、
例えば、既知の画像のセグメンテーション技術を実施することによって、参照画像内のウェハ１２の構造１４の位置（およびオプションとしてそれらの形状）を特定する工程６１と、
ウェハ１２のレベルで使用される撮像フィールド上に少なくとも部分的に重畳されたウェハの表面１３の形状を測定フィールド内で形状測定器１０を用いて取得する工程６３と、
較正の間に得られた伝達関数を使用することによって、形状および構造１４の測定値を一致させる工程６４とを含む。
【００７１】
この実施形態では、視覚的一致のみが求められる場合には、構造の識別工程６１を省略することができる。
【００７２】
図６は、本発明によって、（特に、図５に関して記載された実施方法において）得ることができる測定結果を示す。それは、
ウェハ１２の構造１４の表示７３を有する、撮像手段１１によって得られた画像７０と、
形状測定手段１０によって得られ、表面の形状が等高線７４で表されるウェハ１２の表面１３の形状の表示７１と、
参照フレーム１５内の画像７０の保存後の表面の形状の等高線７４内の表示と、構造１４の表示７３とを組み合わせた画像７２を示す。
【００７３】
したがって、構造１４に対するウェハ１２の表面１３の平坦度の欠陥の良好な視覚化が可能である。
【００７４】
もちろん、本発明は、上記の例に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく、これらの例に対して多数の調整を行うことができる。
【図１】
2017530358.tif 000003
【図２】
2017530358.tif 000004
【図３】
2017530358.tif 000005
【図４】
2017530358.tif 000006
【図５】
2017530358.tif 000007
【図６】
2017530358.tif 000008
【国際調査報告】
2017530358.tif 000009
2017530358.tif 000010
2017530358.tif 000011
2017530358.tif 000012