(57)【要約】明視野差分干渉コントラスト（ＢＦ−ＤＩＣ）システムにおいて高精度の検査または計測を与える方法が記載される。本方法は、第１の光ビームから第１及び第２のビームを生成することを含むことができる。第１及び第２のビームは円形断面を有し、基板上で半径方向に変位される第１の部分的重複走査スポットを形成する。第３及び第４のビームは、第１の光ビームまたは第２の光ビームから生成される。第３のビーム及び第４のビームは楕円形断面を有し、基板上で接線方向に変位される第２の部分的重複走査スポットを形成する。基板が回転されている際に第１及び第２の部分的重複走査スポットを用いて、基板の少なくとも一部分を走査することができる。第１及び第２の部分的重複走査スポットを用いた走査から得られる測定値を用いて、半径方向及び接線方向の傾斜を決定することができる。ウェーハ形状またはいずれかの局所形態特性を確定するために、半径方向及び接線方向の傾斜を用いることができる。
2016517631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
明視野差分干渉コントラスト（ＢＦ−ＤＩＣ）システムにおいて高精度の検査または計測を与える方法であって、
第１の光ビームから第１のビームと第２のビームとを生成することであって、前記第１のビーム及び前記第２のビームは円形断面を有し、前記第１のビーム及び前記第２のビームは、基板上で半径方向に変位される第１の部分的重複走査スポットを形成する、生成することと、
前記第１の光ビーム及び第２の光ビームのうちの１つから第３のビームと第４のビームとを生成することであって、前記第３のビーム及び前記第４のビームは楕円形断面を有し、前記第３のビーム及び前記第４のビームは、前記基板上で接線方向に変位される第２の部分的重複走査スポットを形成する、生成することと、
前記基板が回転されている際に前記第１の部分的重複走査スポットと前記第２の部分的重複走査スポットとを用いて、前記基板の少なくとも一部を走査することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記基板が回転されている際の前記第１の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、半径方向の傾斜を決定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板が回転されている際の前記第２の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、接線方向の傾斜を決定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板が回転されている際の前記第１の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、半径方向の傾斜を決定することと、
前記基板が回転されている際の前記第２の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、接線方向の傾斜を決定することと、
前記半径方向の傾斜と前記接線方向の傾斜とを用いて基板曲率を決定することと、
前記基板曲率を用いて前記基板の縁部ロールオフを決定することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板が回転されている際の前記第１の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、半径方向の傾斜を決定することと、
前記基板が回転されている際の前記第２の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、接線方向の傾斜を決定することと、
前記半径方向の傾斜と接線方向の傾斜とを用いて前記基板の積算高さを決定することと、
前記積算高さを用いて基板形状を決定することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基板形状を決定する際にチャック固定歪みを相殺することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基板上に層を堆積する前及び後に前記基板形状を決定することと、
前記堆積前及び後に前記基板形状に基づいて形状差を算出することと、
前記形状差に基づいてフィルム応力分布図を生成することと、をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記基板が回転されている際の前記第１の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、半径方向の傾斜を決定することと、
前記基板が回転されている際の前記第２の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、接線方向の傾斜を決定することと、
前記半径方向の傾斜と前記接線方向の傾斜とを用いて、前記基板の積算高さを決定することと
前記積算高さを用いて基板形状を決定することと、
前記基板形状にフィルタ処理を適用することにより基板形態を決定することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基板が回転されている際の前記第１の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、半径方向の傾斜を決定することと、
前記基板が回転されている際の前記第２の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、接線方向の傾斜を決定することと、
前記半径方向の傾斜と前記接線方向の傾斜とを用いて、前記基板の積算高さを決定することと、
前記積算高さにフィルタ処理を適用することにより基板形態を決定することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
基板プロセスを評価、監視、較正、または変更することのうちの少なくとも１つのために、前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査の結果を用いることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
集積回路化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを評価、監視、または変更することのうちの少なくとも１つのために、前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査の結果を用いることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板がパターン形成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板がパターン形成されていない、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
高精度の検査または計測を与えるように構成された明視野差分干渉コントラスト（ＢＦ−ＤＩＣ）システムであって、前記ＢＦ−ＤＩＣシステムは、
少なくとも１つのサブシステムであって、各々のサブシステムが、
光ビームを受光し、前記光ビームから２つのビームを生成するように構成されるプリズムと、
前記２つのビームを基板上に向け、２つの部分的重複走査スポットとして集束させるように構成される集束光学素子と、
前記基板から前記２つの部分的重複走査スポットから反射された光を受光するように構成される光検出器と、
前記光検出器の出力を処理するように構成されるデータ取得回路と、を含む、サブシステムと、
前記基板を固定し、移動させるための装置と、
前記データ取得回路と、前記基板を固定し、移動させるための前記装置とに動作可能に結合されるコンピュータと、を含み、
前記プリズムの第１の方位において、前記２つのビームは前記基板に対して半径方向に配置され、前記集束光学素子は、円形断面を有する前記２つのビームを与え、
前記プリズムの第２の方位において、前記２つのビームは前記基板に対して接線方向に配置され、前記集束光学素子は、楕円形断面を有する前記２つのビームを与える、ＢＦ−ＤＩＣシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのサブシステムが、第１のサブシステムと第２のサブシステムとを含み、
前記第１のサブシステムの前記プリズムが前記第１の方位を有し、前記第２のサブシステムの前記プリズムが前記第２の方位を有する、請求項１４に記載のＢＦ−ＤＩＣシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのサブシステムが、第１のサブシステムと第２のサブシステムとを含み、
前記第１のサブシステム及び前記第２のサブシステムが、それぞれ前記基板の第１の部分及び前記基板の第２の部分に対して同時走査を与える、請求項１４に記載のＢＦ−ＤＩＣシステム。
【請求項１７】
明視野差分干渉コントラスト（ＢＦ−ＤＩＣ）システムにおいて高精度の検査または計測を与える方法であって、
第１の光ビームから第１のビームと第２のビームとを生成することであって、前記第１のビーム及び前記第２のビームは円形断面を有し、前記第１のビーム及び前記第２のビームは、基板上で第１の方向に変位される第１の部分的重複走査スポットを形成する、生成することと、
前記第１の光ビーム及び第２の光ビームのうちの１つから第３のビームと第４のビームとを生成することであって、前記第３のビーム及び前記第４のビームは楕円形断面を有し、前記第３のビーム及び前記第４のビームは、前記基板上で第２の方向に変位される第２の部分的重複走査スポットを形成し、前記第１の方向及び前記第２の方向は直交している、生成することと、
前記基板を移動させる際に前記第１の部分的重複走査スポットと前記第２の部分的重複走査スポットとを用いて、前記基板の少なくとも一部を走査することと、を含む、方法。
【請求項１８】
前記基板を移動させる際の前記第１の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、前記第１の方向の第１の傾斜を決定することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板を移動させる際の前記第２の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、前記第２の方向の第２の傾斜を決定することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板を移動させる際の前記第１の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、前記第１の方向の第１の傾斜を決定することと、
前記基板を移動させる際の前記第２の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、第２の傾斜を決定することと、
前記第１の傾斜と前記第２の傾斜とを用いて基板曲率を決定することと、
前記基板曲率を用いて前記基板の縁部ロールオフを決定することと、をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記基板を移動させる際の前記第１の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、前記第１の方向の第１の傾斜を決定することと、
前記基板を移動させる際の前記第２の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、前記第２の方向の第２の傾斜を決定することと、
前記第１の傾斜と前記第２の傾斜とを用いて前記基板の積算高さを決定することと、
前記積算高さを用いて基板形状を決定することと、をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記基板形状を決定する際にチャック固定歪みを相殺することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記基板上に層を堆積する前及び後に前記基板形状を決定することと、
前記堆積前及び後に基板形状に基づいて形状差を算出することと、
前記形状差に基づいてフィルム応力分布図を生成することと、をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板を移動させる際の前記第１の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、前記第１の方向の第１の傾斜を決定することと、
前記基板を移動させる際の前記第２の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、第２の傾斜を決定することと、
前記第１の傾斜と前記第２の傾斜とを用いて、前記基板の積算高さを決定することと、
前記積算高さを用いて基板形状を決定することと、
前記基板形状にフィルタ処理を適用することにより基板形態を決定することと、をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記基板を移動させる際の前記第１の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、前記第１の方向の第１の傾斜を決定することと、
前記基板を移動させる際の前記第２の部分的重複走査スポットを用いた前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査から得られる測定値を用いて、前記第２の方向の第２の傾斜を決定することと、
前記第１の傾斜と前記第２の傾斜とを用いて、前記基板の積算高さを決定することと、
前記積算高さにフィルタ処理を適用することにより基板形態を決定することと、をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
基板プロセスを評価、監視、較正、または変更することのうちの少なくとも１つのために、前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査の結果を用いることをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
集積回路化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを評価、監視、または変更することのうちの少なくとも１つのために、前記基板の前記少なくとも一部分の前記走査の結果を用いることをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記基板がパターン形成されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記基板がパターン形成されていない、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体ウェーハは、相次ぐ技術ノードが生産にもたらされるにつれて、高価な材料、製造設備、及び計算資源を益々用いる。したがって、これらの材料、設備、及び資源が浪費されないことを確保するために、ウェーハプロセスは注意深く切磋琢磨されている。例えば、ウェーハ表面の不均一性により、ウェーハにより形成される電子デバイスが最適に機能しなくなる場合があり、さらには、機能しない電子デバイスが生じる場合がある。結果として、最新のナノメートル規模の電子装置の製造は、基板平坦度及び幾何学形状の正確な測定及び制御を必要とする。実際に、半導体産業が最小光リソグラフィー形状寸法と、対応する焦点深度（ＤＯＦ）予算とを縮小するにつれて、完全な平坦性及び厚さ均一性からのナノメートル規模の偏差に対する許容誤差は常に厳しいものである。
【０００２】
半導体産業における継続的な懸念事項の別の課題は、ウェーハ、特に、結晶シリコン、水晶、またはサファイヤのような脆弱な基板材料から構成されるウェーハの縁部半面像である。ウェーハの縁部での鋭い隅は、通常の取り扱い中に縁部の欠け落ちを防止するために通常は巨視的に丸められる。次にこの欠け落ちにより応力集中部が生じる場合があり、それにより特に高温処理中に基板が破損する確率が増す。
【０００３】
基板上に最大限可能な数のデバイスを作製するために、縁部半面像は、理想的には、縁部の極点から数十ミリメートルまで平坦性への影響がないであろう。しかしながら、実際には、基板前面磨砕及び研磨操作は、巨視的な丸めが基板の縁部に与えられた後に実行される。結果として、ある程度の量の縁部ロールオフは基板に必然的に与えられ、一般的に縁部から数ミリメートルで始まる。
【０００４】
縁部ロールオフ（ＥＲＯ）は、一般的に、工業分野において周知であるＥＳＦＱＲ及びＺＤＤのような測定基準により定量化される。ＥＳＦＱＲ（縁部平坦度測定基準、区画基盤型、前面参照、最小二乗整合参照平面、区画内データ範囲）を用いる場合、平坦度は、ウェーハの区画、即ち、ウェーハの外部周囲上に形成される扇形領域内で測定される。図１Ａは、ウェーハ１００上の複数の区画１０１を示す。一実施形態では、ウェーハ１００の周囲上に７２個の区画を５度の間隔で与えることができる。図１Ｂは、ＥＳＦＱＲを算出するためのウェーハ１００の断面図と模範的な距離（この場合、縁部の極点から１ｍｍ）とを示す。
【０００５】
図１Ｃは、複数の測定値１０２がその内部に取られている模範的な区画１０１を示す。一実施形態では、これらの測定値１０２は、区画及びその関連電子部品により与えられる厚さ情報を含む。区画１０１の半径方向のベクトル１０３に沿って厚さを与えるように測定値１０２からのデータを平均化することができる。測定値１０２は、ウェーハの縁部（図１Ａのウェーハ１００の区画１０１を参照）で取られる測定値として示されたけれども、ウェーハ全体またはウェーハの他の部分に対しても取ることができることに留意する。
【０００６】
区画からの情報の通常処理は、厚さ分布（厚さ対半径）を示す分布曲線を与えるであろう。通常、そのような分布は、隆起または空隙（即ち、逆さの隆起）として分類される大きな異常を備えた複数の小さな表面起伏を有するであろう。一般に、厚さ分布は、緩慢なロールオフを有する、またはウェーハの縁部に達するにつれて厚さが低減する。
【０００７】
隆起のような異常が存在する場合、曲線の傾斜の変化（即ち、２次導関数）は、負から正へ移ることになり、それにより隆起開始半径（ＢＳＲ）が指し示される。２次導関数処理は、曲線をＺＤＤ分布に変換する。図１Ｄには、模範的なＺＤＤ分布１０５（ＺＤＤ測定基準とも呼ばれる）が示される。ＳＥＭＩ（半導体設備及び材料インターナショナル）標準Ｍ６８−１１０９、「曲率測定基準ＺＤＤを用いて測定された高さデータアレイからウェーハ縁部近傍形状を決定するための手順」は、半導体産業の当事者により用いられ、ＺＤＤ分布をより詳しく記述する。２次導関数の性質のために、ＢＳＲ（または空隙）の開始は、ＺＤＤ分布１０５中のゼロ点通過（点１０６）として容易に識別可能である。
【０００８】
図２は、ウェーハ２０１がその軸２０２上のその中心の周りに回転される、簡略化された検査システム２００を示す。ウェーハ測定ツール２０３は、ウェーハ２０１までの距離を測定するように構成されたセンサ２０３Ａを含む。ＥＳＦＱＲ及び／またはＺＤＤ分布を作成するために、データ解釈プログラム２０５及び処理後ツール２０６（例えば、マイクロプロセッサ）により２０３Ａの出力２０４を処理することができる。１つ以上の測定基準、分布、または他のパラメータに関する出力情報を、標準Ｉ／Ｏデバイスを介してユーザインターフェース２０７に与えることができる。ＥＳＦＱＲ及びＺＤＤに対する許容限界は、一般的にＩＣデバイス製造者により指定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−０８６６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
製造の際に許容可能なＥＲＯ耐性を開発し、続いて保持することは、基板製造者にとって極めて重要である。実際に、化学機械研磨（ＣＭＰ）のようないくつかのプロセスは、基板のＥＲＯを変更し得る。リソグラフィー焦点深度に対する影響に加えて、ＥＲＯ変動を監視するのに不適切な措置が取られる場合、下流のＣＭＰプロセスの均一性に影響を与え得る。したがって、ＥＲＯならびに表面測定形態を決定するための検査技法及びシステムを向上させる必要が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
明視野差分干渉コントラスト（ＢＦ−ＤＩＣ）システムにおいて高精度の検査または計測を与える方法が記載される。本方法は、第１の光ビームから第１及び第２のビームを生成することを含むことができる。第１及び第２のビームは円形断面を有し、基板上で半径方向に変位される第１の部分的重複走査スポットを形成する。第３及び第４のビームは、第１の光ビームまたは第２の光ビームから生成される。第３のビーム及び第４のビームは、楕円形断面を有し、基板上で接線方向に変位される第２の部分的重複走査スポットを形成する。基板が回転されている際に第１及び第２の部分的重複走査スポットを用いて、基板の少なくとも一部分を走査することができる。
【００１２】
基板が回転されている際に第１の部分的重複走査スポットを用いて基板の少なくとも一部分を走査することから得られる測定値を用いて、半径方向の傾斜を決定することができる。基板が回転されている際に第２の部分的重複走査スポットを用いて基板の少なくとも一部分を走査することから得られる測定値を用いて、接線方向の傾斜を決定することができる。一実施形態では、次に基板の縁部ロールオフを定め得る基板曲率を決定するために、半径方向の傾斜と接線方向の傾斜とを用いることができる。別の実施形態では、次にウェーハ形状（例えば、凸型の鉢、凹型の鉢）またはいずれかの局所形態特性（例えば、傾斜、隆起等）を定め得る基板の積算高さ情報を確定するために、半径方向の傾斜と接線方向の傾斜とを用いることができる。一実施形態では、本方法は、基板形状を決定する際にチャック固定歪みを相殺することをさらに含むことができる。積算高さまたは基板形状のどちらかにフィルタ処理を適用することにより、表面形態を決定することできる。
【００１３】
一実施形態では、ウェーハ上に層を堆積する前及び後でウェーハ形状を決定するために、強化ＢＦ−ＤＩＣ技法を用いることができる。堆積前及び後のウェーハ形状に基づいて形状差を算出することができる。形状差に基づいてフィルム応力分布図を生成することができる。
【００１４】
ウェーハプロセスを評価、監視、及び／または変更するために、走査の結果を用いることができる。模範的なウェーハプロセスは、集積回路化学機械研磨（ＣＭＰ）を含む。強化ＢＦ−ＤＩＣ技法に従って、ウェーハはパターン形成される場合もあり、パターン形成されない場合もある。
【００１５】
ＢＦ−ＤＩＣシステムにおいて高精度の検査または計測を与える別の方法も記載される。本方法では、第１及び第２のビームは、第１の光ビームから生成される。第１及び第２のビームは円形断面を有し、第１の方向に変位される第１の部分的重複走査スポットを形成する。第３及び第４のビームは、第１の光ビームまたは第２の光ビームのどちらかから生成される。第３及び第４のビームは楕円形断面を有し、第２の方向に変位される第２の部分的重複走査スポットを形成し、第１の方向及び第２の方向は直交している。基板の少なくとも一部分は、基板を移動する際に第１及び第２の部分的重複走査スポット用いて走査される。
【００１６】
この方法では、基板を移動させる際に第１の部分的重複走査スポットを用いて走査することから得られる測定値を用いて、第１の方向の第１の傾斜を決定することができる。基板を移動させる際に第２の部分的重複走査スポットを用いて走査することから得られる測定値を用いて、第２の方向の第２の傾斜を決定することができる。第１及び第２の傾斜を用いて、基板曲率、縁部ロールオフ、積算高さ情報、及び基板形状を決定することができる。本方法は、基板形状を決定する際にチャック固定歪みを相殺することをさらに含むことができる。積算高さまたは基板形状のどちらかにフィルタ処理を適用することにより表面形態を決定することができる。
【００１７】
高精度の検査または計測を与えるように構成された明視野差分干渉コントラスト（ＢＦ−ＤＩＣ）システムも考察される。ＢＦ−ＤＩＣシステムは、少なくとも１つのサブシステムを含み、各々のサブシステムは、プリズム、集束光学素子、光検出器、及びデータ取得回路を含む。プリズムは、光ビームを受光し、その光ビームから２つのビームを生成するように構成される。集束光学素子は、２つの部分的重複走査スポットとして基板上に２つのビームを向けて、集束させるように構成される。光検出器は、基板から２つの部分的重複走査スポットから反射された光を受光するように構成される。データ取得回路は、光検出器の出力を処理するように構成される。システムは、基板を固定し移動させるための装置と、データ取得回路及びその基板固定移動装置に動作可能に結合されるコンピュータとをさらに含むことができる。
【００１８】
特に、プリズムの第１の方位では、２つのビームは基板に対して半径方向に配置され、集束光学素子は２つのビームに円形断面を与える。プリズムの第２の方位では、２つのビームは基板に対して接線方向に配置され、集束光学素子は２つのビームに楕円形断面を与える。一実施形態では、少なくとも１つのサブシステムは、第１及び第２のサブシステムを含み、第１のサブシステムのプリズムは第１の方位を有し、第２のサブシステムは第２の方位を有する。一実施形態では、少なくとも１つのサブシステムは第１及び第２のサブシステムを含み、第１及び第２のサブシステムはそれぞれ基板の第１及び第２の部分に同時走査を与える。
【００１９】
特に、強化ＢＦ−ＤＩＣ技法を、集積型サブシステムとして、半導体産業の従事者に周知の他の種類のウェーハ検査及び計測設備内に組み込むことができる。本技法は、集積型サブシステムとして、例えば光リソグラフィー走査装置を含むウェーハ処理設備内に埋入されてもよい。生産性（即ち、設備システムが単位時間あたりに検査、測定、及び／または処理することができるウェーハの数）は、ウェーハ生産費用において重要な因子であり、強化ＢＦ−ＤＩＣデータ取得が標準検査、計測、またはプロセス機能と実質的に並列して起こるように、サブシステムの実施形態の各々を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】ウェーハ上の複数の区画を示す。
【図１Ｂ】ＥＳＦＱＲを算出するためのウェーハの断面図と模範的な距離とを示す。
【図１Ｃ】複数の測定値がその内部に取られている模範的な区画を示す。
【図１Ｄ】模範的なＺＤＤ分布を示す。
【図２】ウェーハがその軸を中心に回転される、検査システムを概略的に示す。
【図３Ａ】模範的なウェーハの一部分と、ビームの一方の対がウェーハ表面上の螺旋走査経路に対して接線方向に変位され、他方の対が半径方向に変位される、４つの楕円ビームとを示す。
【図３Ｂ】ビームの変位がウェーハ表面上の螺旋走査経路に対して半径方向のものである、模範的なウェーハの一部分と２つの円形ビームとを示す。
【図４】表面傾斜ｚ’とともに変化する模範的な規格化信号Ｓを示す。
【図５Ａ】２つの種類のシリコンウェーハに対する、半径ｒの関数として表面傾斜を示す２つの曲線を示す。
【図５Ｂ】５Ａの表面傾斜分布から導出された曲率分布（半径ｒを関数とする表面曲率ＺＤＤ）を示す。
【図６】正確なＺＤＤ値を生成するための模範的な強化ＢＦ−ＤＩＣ技法を示す。
【図７Ａ】ウェーハ表面の正確な高さ情報を生成するために接線方向及び半径方向の傾斜情報を用いることができる、模範的な情報処理を示す。
【図７Ｂ】半径方向の傾斜のウェーハＢＦ−ＤＩＣ画像を示す。
【図７Ｃ】接線方向の傾斜のウェーハＢＦ−ＤＩＣ画像を示す。
【図７Ｄ】図７Ｂ及び図７Ｃの半径方向及び接線方向の傾斜のウェーハ画像に基づいた模範的なウェーハ形状画像を示す。
【図７Ｅ】パターン形成されたウェーハの一部分に対する参照形態測定を示す模範的な画像を示す。
【図７Ｆ】フィルタ処理を用いたＢＦ−ＤＩＣ形態測定値を示す対応画像を示す。
【図８Ａ】ウェーハに対するフィルム応力分布図を生成するための模範的技法を示す。
【図８Ｂ】結果として基板の上方凹形の変形が生じる、引張応力を与える薄膜をその上部に備えた模範的な基板を示す。
【図９】単一走査で半径方向及び接線方向の傾斜情報を収集するために複数のＢＦ−ＤＩＣサブシステムを用いるコンピュータ制御検査システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
向上された検査システムによれば、ＥＲＯ測定値ならびに様々な他の基板幾何学形状、平坦度、及び形態測定基準に０．１ナノメートルの表面高さ解像度を与えるために、差分干渉コントラスト（ＤＩＣ）技法を向上させることができる。ＤＩＣ技法では、線形偏光レーザビームが、互いに直交する偏極面を有する２つの近接ビームに分割される。
【００２２】
一実施形態では、プリズムの外面に平行であるが互いに垂直な光軸を有する複屈折材料の２つのくさび形部品から組み立てられるウォラストンプリズムを用いて、レーザビームを２つのビームに分割することができる。２つのビームは、レンズなどの他の光学要素により基板の表面上に集束される。用語「基板」は、例えばシリコンウェーハを含むいずれかの材料組成の加工部品を指す。
【００２３】
図３Ａは、２つのビーム３０５及び３０６を生成するために入力光ビーム３１１を用いるウォラストンプリズム３０９（第１の方位では、３０９−１）を示す。一実施形態では、ビーム３０５及び３０６は（即ち断面で）楕円形である。ビーム３０５及び３０６は、ウェーハ３００上に２つの部分的重複走査スポット３０１及び３０２を形成する。この方位では、走査スポット３０１及び３０２は、共線状でありかつ接線方向に平行である短軸と、半径方向にほぼ平行である長軸とを有する（即ち、なぜなら走査スポット３０１及び３０２は、実際の半径方向３１２のどちらかの側に配置され、それらの長軸が、半径方向に正確には平行ではないからである）。一実施形態では、走査スポット３０１及び３０２は、短軸の長さのほぼ半分だけ変位される中心を有する。
【００２４】
したがって、ビーム３０５及び３０６は、ウェーハ表面上で螺旋走査経路に対して接線方向のビーム変位を有する。螺旋走査経路は、ウェーハ３００の半径ｒ以下の距離に沿って回転中心を線形的に並進させながら、ウェーハ３００を回転させること（即ち、回転中心３１３のまわりに回転θ）により与えられることに留意する。上記のように、２つの走査スポットの長軸は半径方向にほぼ平行であり、それにより、連続する螺旋走査軌道の間のピッチが走査スポットの長軸の長さのほぼ半分に設定され得るので、検査時間が短縮される。走査経路に沿った任意の点で、走査スポット３０１及び３０２はウェーハ３００の表面から反射し、逆方向にウォラストンプリズム３０９を通って戻ってくる際に再結合し、一方のビームに対する光経路長が他方のビームの光経路長と異なる場合、一般的に楕円偏光のビームを生成する。
【００２５】
ＤＩＣシステムのレーザ波長でほぼ不透明である基板材料に対して、表面の照射部分から生じる光経路長の差は、ビーム変位方向に沿ってゼロではない傾斜を有する。透明はフィルムが基板上に存在する、または基板自体が半透明または完全に透明である場合、経路長の差は、フィルム厚さまたは屈折率の局所的な粗さから生じ得る。これらの粗さは、基板内の結晶欠陥、及び／またはフィルムまたは基板上のまたはそれらに埋入された異質粒子に由来し得る。光経路の差は、反射ビーム間の位相シフトの量であり、ＤＩＣシステム内のその干渉は、当業者に周知の方法でそのような位相シフトを光強度の揺らぎに変換する。これらの異なる光レベルは、光検出器により電子信号に変換され、規格化されたＤＩＣ信号Ｓに処理され、それによりウェーハ表面に及ぶ３次元データ集合（ｒ、θ、Ｓ）を生成しやすくする。
【００２６】
信号Ｓは、２つの変位される走査スポットの中心により定義される方向に沿った表面傾斜の成分とともに変化する。図４には、表面傾斜ｚ’に対するＳの機能的依存性が示される。具体的には、
【数１】
2016517631.tif 000003
であり、式中、λはレーザ波長であり、δは走査スポットの中心間の距離である。λ＝６３３ｎｍ及びδ＝２５μｍを用いて、（図４の模範的な曲線４０１により示されるような）応答は、次式によればｚ’で±１０００ｎｍ／ｍｍの範囲にわたり極めてほぼ線形であり（点線４０２を参照）、±２０００ｎｍ／ｍｍにわたり３次である。
【数２】
2016517631.tif 000004
【００２７】
ＢＦ−ＤＩＣ技法は、基板表面内の（隆起、窪み、穴、及び引っ掻き傷のような）比較的局所の欠陥を、そのような欠陥に隣接する表面傾斜の比較的急峻な変化の結果として検出することができる。
【００２８】
特に、走査スポット３０１及び３０２（図３Ａ）を生成することができる、接線方向にビームが変位するＤＩＣシステムは、表面傾斜の半径方向の成分に実質的に敏感ではない。半径方向の成分は、ＥＲＯ領域内の傾斜の主成分である。したがって、半径方向の傾斜感度を作成するために、ビーム変位方向を９０°だけ回転することができる。一実施形態では、ウォラストンプリズム３０９を９０°だけ回転させることにより（即ち、第２の方位３０９−２を与えることにより）この回転を行うことができ、それにより、半径方向に変位されるビーム３０７及び３０８を生成する。ビーム３０７及び３０８は、ウェーハ３００上に２つの部分的重複走査スポット３０３及び３０４を形成する。この方位では、走査スポット３０３及び３０４は、共線でありかつ半径方向に平行である短軸と、接線方向に平行な長軸とを有する。
【００２９】
いずれかの所与のウォラストンプリズムに対して、２つのビーム間の分離は、変位方向に沿ったそれぞれのビーム寸法に比例する。例えば、ウォラストンプリズムが接線方向に５０％の重複を生成する場合、そのウォラストンプリズムを９０°だけ回転させることにより、半径方向に５０％の重複を生成する。ウォラストンプリズムを異なるくさび角度で選択することにより、ビーム変位量を変えることができる。一実施形態では、より大きな変位はより大きな雑音を与え、より小さな変位はより弱い信号を伴うので、好ましいビーム変位は約５０％である。（実際、２つの完全に重複したビームはいずれの場所でもゼロ信号を生成する）。
【００３０】
ＥＲＯを計測するために半径方向のさらに細かな解像度が有利である。さらに、ＥＲＯは、基板縁部付近の狭い環状領域内のみ測定される必要があるので、半径方向のビームの延長は省かれ得る。
【００３１】
したがって、強化ＢＦ−ＤＩＣ検査システムの一態様によれば、図３Ｂを参照して、楕円形ビーム３０７及び３０８（図３Ａ）ではなく小さな（断面で）円形のビーム３１６及び３１７を生成するように検査／計測ツールの集束光学素子３１２を構成することができる。さらに高い空間解像度を得るために、ビーム３１６及び３１７は、回折限界光学素子で集束され得る。ビーム３１６及び３１７は、ウェーハ３００上に２つの部分的重複走査スポット３１４及び３１５を形成する。この方位では、走査スポット３０３及び３０４は、共線でありかつ半径方向に平行である中心を有する。この細かな空間解像度を実現する実施形態は、走査時間を最小限にするために一般的にウェーハの限定領域に適用されることに留意する。
【００３２】
上の等式を参照して、ＢＦ−ＤＩＣ技法が位相包み込みを用いずに検出することができる傾斜範囲（即ち、固有のＤＩＣ信号を有する傾斜の範囲）は、レーザ波長とビーム変位との関数である。図５Ａは、２つの種類のシリコンウェーハに対する半径ｒの関数として表面傾斜を示す２つの曲線５０１及び５０２を示す。図５Ａは、図４の特定の波長及びビーム変位に対して、ＥＲＯ領域内の半径方向の表面傾斜は、大きな種類の基板、即ち３００ｍｍのシリコンウェーハに対して線形応答領域内にあることを示す。他の実施形態では、異なる表面傾斜範囲を有する異なる基板は、特定の傾斜範囲に合わせて調整された波長及び変位を用いて測定され得ることに留意する。
【００３３】
強化ＢＦ−ＤＩＣ技法の別の態様は、表面傾斜がゼロの場合、信号をゼロにするようにウォラストンプリズムを横方向に調節することである。局所の基板欠陥は、正の傾斜値と負の傾斜値の両方を包含することになるので、ゼロ傾斜応答をゼロに設定することは、したがって、検査用途に最も都合が良い。しかしながら、ＥＲＯを測定するために、半径方向の表面傾斜範囲は、その大部分に対して単一の偏光を包含することが多い（例えば、図５Ａを参照）。したがって、極端に負に向かう傾斜を有する基板に対して、ウォラストンプリズムは、その線形応答範囲が偏倚され、正のものよりも多くの負の偏光を受容するように調節され得る。
【００３４】
一般的に、測定可能な表面傾斜の限界は、反射ビーム角度がその開口数により定義されるような強化ＤＩＣシステムの集束光学素子の最大許容角度を超えるときに到達される。本明細書に記載されるＢＦ−ＤＩＣ技法の実施形態は、約０．００８６ｒａｄの最大反射角に対応する約０．００８６の開口数（ＮＡ）と、４３００ｎｍ／ｍｍ未満の表面傾斜とを有し得る。ウェーハのＥＲＯ領域内の表面傾斜は、約数１００ｎｍ／ｍｍである。したがって、より高いＮＡの光学素子は、本明細書に記載されるＢＦ−ＤＩＣ技法には必要ない。
【００３５】
傾斜データは、（数値積分を介して）表面高さ分布または（数値微分を介して）表面曲率を与えるために数値的方法で処理され得ることに留意する。実際に、特定の半径での表面曲率（角度θの区画に及ぶ、０．１°で分離された半径方向の曲率分布の平均）は、ＳＥＭＩ規格Ｍ６８ＺＤＤ基準である。図５Ｂは、図５Ａで参照される２つの模範的なシリコンウェーハに対する通常の曲率分布５１１及び５１２（半径ｒを関数としての表面曲率ＺＤＤ）を示す。
【００３６】
図６は、正確なＺＤＤ値を生成するための模範的な強化ＢＦ−ＤＩＣ技法を示す。具体的には、本技法では、勾配、即ち最大表面傾斜方向に沿って曲率６１２を決定するために、接線方向傾斜情報６１０と半径方向傾斜情報６１１とを用いることができる。半径方向に必ずしも対応しない一般化ＺＤＤ値６１４を算出するために、曲率６１２を用いることができる。ＺＤＤ値の算出は、例えば、ＳＥＭＩ  Ｍ６８−１１０９−曲率測定基準、ＺＤＤを用いて測定された高さデータ配列からウェーハ縁近接幾何学形状を決定するための手順に記載される。一実施形態では、ＺＤＤ値６１４の精度、特にウェーハ上のチャック固定力、走査中の動力の影響をさらに増加させるために１つ以上の較正方式６１３を用いることができる。例えば、強化ＢＦ−ＤＩＣ技法を用いて行われるＺＤＤ測定の精度を較正し、向上させるために、ＫＬＡ−テンコール社により与えられる工業規格のＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ（商標）ツールから得られる正確なＺＤＤ測定値を用いてもよい。
【００３７】
上記のように、ウェーハの半径方向のＥＲＯを細かな空間分解能で測定するために、ウェーハが回転している間に、強化ＢＦ−ＤＩＣ技法により形成される部分的重複円形ビームをウェーハ上に集束させ、半径方向に走査させることができる。有利には、時間が許される間ウェーハの追加領域に本技法を用いることができる。実際に、ウェーハ全体の正確な表面高さ分布を構成するために、これらの半径方向の傾斜の測定値を、部分的重複楕円形ビームで生成される標準的な接線方向の傾斜の測定値と組み合わせて用いることができる。
【００３８】
ＢＦ−ＤＩＣを用いてシステムを操作する利点は、変動に敏感ではなく固有のものである。最初に、ウェーハ法線方向のいずれかの変動は、２つのビームの間で共通モードであり、したがって自動的に削除される。第２に、２つのスポットに対するいずれかの揺らぎの影響は著しく減衰されることになる。これを示すために、２つのビームの信号Ａ及びＢは次式により与えられる：
【数３】
2016517631.tif 000005
式中、δφはスポット間の瞬時の差分位相であり、βは、ウォラストンプリズムの横方向のためのバイアス相シフトである。
【００３９】
揺らぎの影響は、ウォラストンプリズム上のビームの位置に時間依存性を与えることである。したがって、１／４周期位相をずらした操作の条件下では、変動の影響を次式として書くことができる。
【数４】
2016517631.tif 000006
【００４０】
Ａ及びＢに対して前記等式を拡張することにより次式が生成される。
【数５】
2016517631.tif 000007
【００４１】
したがって、一方の信号を他方の信号から引くことにより、次式が与えられる。
【数６】
2016517631.tif 000008
小さなδφ（ｔ）、即ちｓｉｎ［δφ（ｔ）］＝δφ（ｔ）及びｃｏｓ［δφ（ｔ）］≒１を仮定する。
【００４２】
上に示されたように、差分信号への通常の振幅の影響は無視することができる（余弦波の影響に限定される）。振動は、２ｓｉｎ［δβ（ｔ）］として検査システムに直接入力され得ることに留意する。しかしながら、これらの振動に対して見出される通常の周波数範囲は、所望の差分信号に比べて低い。したがって、これらの周波数範囲は、擬似信号を生じさせ、電子的に除去され得る。
【００４３】
走査スポットがウェーハ上の半径方向に変位される場合、走査スポットが接線方向に変位される場合に比べて検査システムが揺らぎやすいことに留意する。特に、半径方向のウェーハ揺らぎは通常、その軸対称性を踏まえて接線方向の揺らぎよりも大きく、半径方向のウェーハ揺らぎは、接線方向に変位されたビームに対して、ウォラストンプリズム上の横方向の位置への影響はない。加えて、半径方向の信号帯域は、接線方向の録画速度よりもかなり低いウェーハの回転速度により定められる。したがって、接線方向の傾斜と半径方向の傾斜の両方を測定する好ましいＢＦ−ＤＩＣ検査システムの実施形態は、揺らぎ振幅及び周波数と他の種類の変動とを削減するための標準技法を用いなければならない。
【００４４】
図７Ａは、ウェーハ表面の正確な高さ情報を生成するために接線方向と半径方向の両方の傾斜情報を用いることができる模範的な情報処理を示す。２つの部分的重複接線方向変位走査スポット（例えば、走査スポット３０１及び３０２、図３Ａ）を生成する２つの接線方向変位楕円ビームを用いることから、第１のＢＦ−ＤＩＣ測定値７０１を得ることができる。これらの部分的重複接線方向変位走査スポットからの測定値は、接線方向の傾斜の結果７０２を生成することができる。２つの部分的重複半径方向変位走査スポット（例えば、走査スポット３１４及び３１５、図３Ｂ）を生成する２つの半径方向変位円形ビームを用いることから、第２のＢＦ−ＤＩＣ測定値７０３を得ることができる。これらの部分的重複半径方向変位走査スポットからの測定値は、半径方向の傾斜の結果７０４を生成することができる。
【００４５】
上記のように、接線方向に変位されるビームを生成する際にウォラストンプリズムをそのプリズム位置に対して９０度だけ回転させることにより、半径方向に変位されるビームを得ることができる。積算高さの結果７０５を生成するために、接線方向の傾斜の結果７０２及び半径方向の傾斜の結果７０４を用いることができる。例えば、ウェーハ上のいずれかの位置に対する正確な高さを生成するために、接線方向及び半径方向の傾斜情報を組み合わせることができる。ウェーハのそのような取得された高さ情報は、搭載または（３点動的取付台または縁部対応チャックのような）締め付け（チャック固定）システム上で水平方向に保持されるウェーハ上に作用する重力及び他の締め付け力により誘導される形状歪みを含み得る。続いて、ウェーハ形状７０７を生成するためにこれらの結果７０５を用いることができる。
【００４６】
一実施形態では、ウェーハ形状情報７０７を高精度で得るために、チャック固定歪み情報７０６に基づいて結果７０５を調節することができる。この場合、補正されたウェーハ形状７０８を生成するために、ウェーハ形状７０７からチャック固定歪み情報７０６を差し引くことができる。一実施形態では、チャックにより固定されるウェーハに与えられる周知の形状（例えば、鉢型または平坦）の接線方向及び半径方向の情報として与えられるチャック固定歪み情報７０６を、強化ＢＦ−ＤＩＣウェーハ画像から差し引くことができる。図７Ｂ及び図７Ｃは、それぞれ模範的な半径方向及び接線方向の傾斜のウェーハ画像を示す。図７Ｂ及び図７Ｃでは、暗い（明るい）影が負の（正の）傾斜を示す。図７Ｄは、図７Ｂ及び図７Ｃの半径方向及び接線方向の傾斜のウェーハ画像に基づいた模範的なウェーハ形状画面を示す。図７Ｄでは、暗い（明るい）影が負の（正の）高さを示す。そのような画像は通常様々な色階調に生成され、したがって傾斜及び高さのより細かい階調を示し得ることに留意する。
【００４７】
任意選択では、チャック固定歪み情報７０６（図７Ａ）は、チャック構成に応じて（半導体製造の当業者に知られている）有限要素（ＦＥ）モデルから導出され得る。例えば、チャックが、チャック上にウェーハを固定するために真空を印加するための溝を有する場合、チャック自体は、特に真空が印加される際に溝に跨がる領域で、ウェーハの表面歪みに直接寄与し得る。他の種類のチャックは、チャックにより固定される際のウェーハの様々な領域に異なる量の歪みを与え得る。いくつかの従来技術のチャックは、ウェーハに極僅かの歪みのみを与える場合があり、したがってチャック固定歪み情報７０６を無視することができる。
【００４８】
ＢＦ−ＤＩＣは、ウェーハ基板の形態を導出するのに十分に高い横方向の解像度を与える。ウェーハ形態は、低周波数特性を除去するために高帯域通過フィルタを適用することにより（広帯域通過フィルタはラプラスフィルタ等のようなフィルタを含み得る）、積算高さデータまたは補正ウェーハ形状データのどちらかから得られ得る。図７Ｅは、（例えば、工業規格のＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ（商標）ツールから得られた）パターン形成ウェーハの一部に対する参照形態測定を示す模範的な画像７１１を示すのに対し、フィルタ処理を用いたＢＦ−ＤＩＣ形態測定を示す図７Ｆは、対応画像７１２を示す。図７Ｅでは、暗い（明るい）影が負の（正の）高さを示すのに対し、図７Ｆでは、暗い（明るい）影が正の（負の）高さを示す。画像７１１及び７１２は、実質的に同じ形態測定を有利に示す。ウェーハ形態は、そのようなウェーハ基板上にＩＣを製造する間のリソグラフィー走査に関するぼけ関連問題に到り得るウェーハの表側の高周波数高さ変動を見抜くのに有用である。加えて、ＢＦ−ＤＩＣは、パターン形態ウェーハの形態を測定するために較正され得る。例えば、ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ（商標）ツールのような参照計測ツールと、強化ＢＦ−ＤＩＣ測定を与えるように構成されたツールの両方を用いて、既定の組のウェーハを測定することができる。（図７Ｅと図７Ｆとの比較のように）これらの測定を比較することが、強化ＢＦ−ＤＩＣ測定と、それによりその精度を向上させるように構成されたツールに較正帰還を与えることができる。
【００４９】
一実施形態では、ウェーハの残留応力を決定するために、強化ＢＦ−ＤＩＣ技法により生成される形状情報を用いることができる。例えば、基板上へのフィルム層の堆積は、基板を湾曲させる（撓ませる）応力を誘導する場合がある。外部負荷を加えることなく材料内に残留する応力は、残留応力と呼ばれる。ウェーハ製造の間、基板上にフィルムを堆積することにより残留応力を誘導することができる。
【００５０】
図８Ａは、ウェーハに対するフィルム応力分布図を生成するための模範的な技法を示す。この技法では、形状差８０３を生成するためにウェーハの堆積前形状８０１及びウェーハの堆積後形状８０２を用いることができる。特に、本明細書に記載される強化ＢＦ−ＤＩＣ技法を用いて、堆積前形状８０１と堆積後形状８０２の両方を生成することができる。形状差８０３が生成された後、正確なフィルム応力分布図８０５を生成するためにストーネイ式８０４を用いることができる。
【００５１】
ストーネイ式は、フィルム応力σを以下のように定義する。
【数７】
2016517631.tif 000009
式中、Ｅは、基板の弾性モジュールであり、Ｖｓは基板のポアソン比である。ＲＯＣは、有効曲率半径であり、ｔｓは基板厚さであり、ｔｆはフィルムの厚さである。したがって、曲率は、ストーネイ式を用いた残留応力に関連する。図８Ｂは、その上部に引張応力を有する薄膜８１１を備えた例示の歪んだ基板８１０を示す。
【００５２】
特に、有効曲率半径を以下のように定義することができる。
【数８】
2016517631.tif 000010
式中、Ｒ１は、薄膜堆積後の内部曲率半径であり、Ｒ２は曲率半径である。特に、Ｒ１及びＲ２は、ウェーハ毎の曲率半径の総合値または平均値を指す。しかしながら、局所形の曲率情報が利用可能であることで、（ウェーハにわたる応力変動を示す）局所応力変動は、ある条件下のストーネイ式のような定式、または工業分野で周知の他の方法を用いて得られてもよい。一実施形態では、このモデルは局所境界条件を考慮に入れている。したがって、薄膜堆積により誘導される応力は、ＢＦ−ＤＩＣを用いて、堆積前及び後の補正形（曲率）測定の間の差を決定することにより正確に測定される場合があり、それにより大部分のチャック誘導歪みを相殺することができる。
【００５３】
一実施形態では、特定波長のレーザダイオードを光源として用いることができる。そのような場合、強化ＢＦ−ＤＩＣシステムを小型にすることができ得る。システムは、それ自体、他の検査、計測、またはウェーハ処理機能の操作、及び他のＤＩＣ経路の操作とは異なったままであることができ、それらの各々は、表面傾斜測定、欠陥検出、及び／または検査画像化に適した既定のスポット寸法と分離とで動作し得る。
【００５４】
例えば、図９は、複数の個別のＤＩＣサブシステムを含む模範的な強化ＢＦ−ＤＩＣシステム９３０を示す。この実施形態では、ＢＦ−ＤＩＣシステム９３０は、２つのサブシステム９３１及び９３２を有し、各々のサブシステムは実質的に同じ光学部品を有する。例えば、サブシステム９３１は、光ビーム９１５を生成する光源９１７を含む。ウォラストンプリズム９０９は、ビーム分割器９１１を通過した後の光ビーム９１５を受光する。集束光学素子９０７は、ウォラストンプリズム９０９により生成される２つの光ビームを基板９００上に第１の走査スポットとして集束させるように構成することができる。基板９００は、（回転θを与える）スピンドルモータ９０２と（ｘ−ｙ移動を与え、例えば半径方向ｒに移動する）リニアモータ９０３とを用いて移動可能であるチャック９０１により固定することができる。（説明を簡単にするためにリニアモータ９０３に接続されるように示された）モータ制御ケーブル９０４を介した中央制御及びデータ取得コンピュータによりスピンドルモータ９０２及びリニアモータ９０３を制御することができる。基板９００から第１の走査スポットから反射された光は、光を再結合させるウォラストンプリズム９０９を通して光学素子９０７を集束させることにより方向を定められる。混合光学素子９３３は、（ビーム分割器９１１を介した）ウォラストンプリズム９０９からの再結合された光を光検出器９１３上に向ける。データ取得回路９１９は、処理のために光検出器９１３の出力を受信する。中央制御及びデータ取得コンピュータ９０６は、データ取得ケーブル９０５を介したデータ取得回路９１９からの処理されたデータを受信する。
【００５５】
サブシステム９３２は、サブシステム９３１の光学部品に類似の光学部品を含む。具体的には、サブシステム９３２は、光ビーム９１６を生成する光源９１８を含む。一実施形態では、光源９１８が光源９１７と同じである場合があり、標準の光学部品を用いて出力光ビームをサブシステム９３１及び９３２に向けることができることに留意する。この実施形態では、光源を１つ以上のサブシステムの外部にあるものとして特徴付けることができる。ウォラストンプリズム９１０は、ビーム分割器９１２を通過した後の光ビーム９１６を受光する。集束光学素子９０８は、ウォラストンプリズム９１０により生成される２つの光ビームを基板９００上に第２の走査スポットとして集束させるように構成することができる。基板９００から第２の走査スポットから反射する光は、光を再結合させるウォラストンプリズム９１０を通るように再び向けられる。混合光学素子９３４は、（ビーム分割器９１２を介して）ウォラストンプリズム９１０からの再結合された光を光検出器９１４上に向ける。データ取得回路９２０は、処理ために光検出器９１４の出力を受信する。中央制御及びデータ取得コンピュータ９０６は、データ取得ケーブル９０５を介してデータ取得回路９２０から処理データを受信する。
【００５６】
一実施形態では、サブシステム９３１及び９３２の光学部品は、光ビームをそれらの意図される用途に適した寸法、形状、方位、及び変位で生成することができる。例えば一実施形態では、ウォラストンプリズム９０９は、接線方向に変位される２つのビームを生成する第１の方位を有することができるのに対し、ウォラストンプリズム９１０は、半径方向に変位される２つのビームを生成する第２の方位を有することができる。これらの方位を用いて、楕円形ビームを生成するように集束光学素子９０７を構成することができたのに対し、円形ビームを生成するように集束光学素子９０８を構成することができた。図９で留意されたように、各々のサブシステムは、ウェーハの異なる領域に問い合わせることができ、例えば、サブシステム９３１は、基板９００の中心に焦点を合わせることができ、サブシステム９３２は、ウェーハの縁に焦点を合わせることができた。一実施形態では、ｒ−θ走査の間にそのような焦点合わせの位置を変更することができる。
【００５７】
いくつかの好ましい実施形態では、一組のＤＩＣサブシステムの光源の波長は異なるが、他の実施形態では波長が同じであることに留意する。どちらの事例でも、光学的または電子的混線を防止するためのサブシステムの隔離が、当業者に周知の共通の方法及び技法を用いて特定の実施形態を実現するのに重要な検討事項である。
【００５８】
別の実施形態では、複数の小型化ＢＦ−ＤＩＣシステムは異なる波長で動作し得る。例えば、波長を近赤外線に拡張することができ、例えばシリコンのような重要な基板材料の光学的表皮深さは、ドープ材の種類及び濃度に依存して、透過性をほぼ完備するために１０〜１００ミクロンまで増加する。この実施形態では、副次表面の欠陥検出を可能にするばかりではなく、異なる波長で取得された組み合わせＤＩＣ信号が、基板の３次元深さ分布内で処理され得る。
【００５９】
一実施形態では、本明細書に記載される強化ＢＦ−ＤＩＣ技法の結果により、ウェーハプロセスを評価及び／または監視することができる。有利には、結果を、別のウェーハプロセスに対する帰還または先行予想として用いることができる。例えば、一実施形態では、化学機械研磨（ＣＭＰ）、高速熱処理（ＲＴＰ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）等のような集積回路製造プロセスを評価及び／または監視するために走査の結果を用いることができる。
【００６０】
本発明の説明上の実施形態は、付属の図面を参照しつつ本明細書に詳しく記載されているけれども、本発明は、それらの特定の実施形態に限定されないと理解されるべきである。これらの実施形態は、排他的であること、または本発明を開示された特定の形態に限定することを意図するものではない。そのように、多くの修正及び変更は当該技術分野の従事者に明らかになる。
【００６１】
例えば、一実施形態では、ウォラストンプリズムを用いる代わりに、同様に２つの複屈折材料で構成されるノルマルスキープリズムを用いて、偏光を分割することができる。第１のくさびは、上記のウォラストンプリズムとして構成され、第２のくさびは、斜めに配置されるその光軸を有し、それによりプリズムの外にある干渉面を与える。この配置では、対物レンズの開口面の外側にノルマルスキープリズムを配置することにより、部品配置のさらなる柔軟性を与える。
【００６２】
さらに、ウェーハの検査及び計測またはそれらの一部が実施形態に記載されているが、強化ＢＦ−ＤＩＣ技法をあらゆる基板に用いることができる。さらに、ｒ−θ走査が本明細書に記載されているけれども、他の実施形態では、ｘ−ｙ走査を基板上で実行することができる。この走査では、第１及び第２のビームが第１の光ビームから生成される。第１及び第２のビームは円形断面を有し、第１の方向に変位される第１の部分的重複走査スポットを形成する。第３及び第４のビームは、第１の光ビームまたは第２の光ビームのどちらかから生成される。第３及び第４ビームは楕円形断面を有し、第２の方向に変位される第２の部分的重複走査スポットを形成し、第１の方向及び第２の方向は直交している。基板を移動させる際に第１及び第２の部分的重複走査スポットを用いて、基板の少なくとも一部分が走査される。
【００６３】
したがって、本発明の範囲は以下の請求項及びそれらの均等物により定義されると意図される。
【図１Ａ】
2016517631.tif 000011
【図１Ｂ】
2016517631.tif 000012
【図１Ｃ】
2016517631.tif 000013
【図１Ｄ】
2016517631.tif 000014
【図２】
2016517631.tif 000015
【図４】
2016517631.tif 000016
【図５Ａ】
2016517631.tif 000017
【図５Ｂ】
2016517631.tif 000018
【図６】
2016517631.tif 000019
【図７Ａ】
2016517631.tif 000020
【図８Ａ】
2016517631.tif 000021
【図８Ｂ】
2016517631.tif 000022
【図９】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【国際調査報告】
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