JPH07101703B2 - 保持装置及び非反復誤差の補償システム - Google Patents

保持装置及び非反復誤差の補償システム

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JPH07101703B2
JPH07101703B2 JP1103260A JP10326089A JPH07101703B2 JP H07101703 B2 JPH07101703 B2 JP H07101703B2 JP 1103260 A JP1103260 A JP 1103260A JP 10326089 A JP10326089 A JP 10326089A JP H07101703 B2 JPH07101703 B2 JP H07101703B2
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パレイコ ベンジャミン
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エーディーイー・コーポレーション
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は計測、テストの分野に関係するものであり、
特にそこからデータを得る測定対象物を動かす装置によ
り機械的に測定データに混入する誤差を補償するための
システムに関する。
＜従来の技術＞ 半導体ウエファのフラットネスやバウ（bow）、ワープ
（warp）或は他の特性は該ウエファを使用可能にするた
めに厳密に所定の基準的になければならない。個々のウ
エファは該基準に一致しているか或はどの程度一致して
いるか決定するために測定される。しかし、該測定に際
してウエファを保持する保持具の機械的誤差により測定
誤差が生じ、これによりウエファ測定の精度に限界があ
るのが現状である。
そのため実質的に誤差が生じないような高精度に製造さ
れたウエファテスト装置を使用する方法が考えられる。
しかしこのような高精度装置は処理効率にしばしば限界
があり、また装置の据え付けや維持に伴う費用が高くな
る等の欠点がある。
一方測定データを電子的に処理して、測定データの装置
に起因する誤差を該誤差が反復される限り補償する方法
がある。米国特許出願第802、049号は装置に起因する誤
差を測定データと分離し、該装置の誤差を補償する装置
及び方法に関するものである。そのバウ／ワープステー
ションの実施例においては、ｘ、θ、ｚ方向可動な装置
は測定サイクルから測定サイクルに繰り返されるそのｘ
とθ位置に起因する誤差を決定するように較正される。
一度装置が較正されると測定データは補償され、装置の
機械的な本質に伴う反復するｘ、θ誤差により制限され
ない精度を呈する。
＜発明の概要＞ この発明は装置に伴う非反復誤差を測定データから分離
し、測定データの該装置に起因する非反復誤差を補償
し、これにより測定データの精度を向上させる測定シス
テムを目指すものである。測定されるべき標本を受ける
本発明に係る装置は標本が離脱可能に装着される可動な
保持装置を有する。該可動保持装置には動きのためのリ
ファランスが装着される。第１のセンサは可動保持装置
により標本が動いたときに測定信号を発生する。そして
第２のセンサは可動保持装置によりリファレンスが動い
たときに誤差信号を発生する。このように、第１のセン
サが測定信号を出力する標本の各ポイントについて第２
のセンサはリファレンスの対応するポイントからの誤差
信号を出力する。該測定信号と誤差信号は結合されて、
測定信号の非反復誤差が補償され、高精度の出力信号が
得られる。好ましい実施例においては、該出力信号はデ
ジタル化され、非反復誤差が補償され、そして求められ
る１又は１以上の対象物の特性が非常に高精度で出力さ
れる。反復誤差の除去に関するシステムと結合された場
合、完全な誤差の補償が実現される。
これらの本発明の目的、概要、利点は下記する例示的、
非限定的な好適な実施例の説明及び図面により明らかに
なる。
＜実施例＞ 本発明は次のような応用において有効である。即ち測定
されるべき標本が離脱可能に保持装置に保持され、該保
持装置がセンサと協同して該標本とセンサとを相対的に
動かしてセンサからの出力信号の形で標本の測定結果を
得て、この結果から１以上の標本の特性を決定し、しか
も該結果には保持装置の機械的な位置の不完全さによる
誤差があり、この誤差がセンサの出力を汚し、これによ
り所望の特性の決定の精度に限界があるような分野にお
いて有効である。本発明は特に保持装置が標本をセンサ
ヘッドに対して動かすように可動であり、かつ保持装置
と標本をその本来の位置から移動する瞬間的な自然的な
偏差を受け、これによりセンサエレメントによる測定デ
ータへ誤差が導入されるような状況で有用である。した
がって、本発明は装置の理想的な位置を代表するリファ
レンスを提供する手段と、該リファレンスの位置からの
装置の偏差を測定する手段と、測定データについて該理
想位置からの偏差を補償する手段とを意図するものであ
る。好適な実施例において、本発明はｘ、θ、ｚ方向可
動な真空チャックと標本とプローブの近接な測定する協
同容量型センサエレメントに関連して開示される。当業
者において明らかなように測定データからはウエファの
フラットネス、バウ／ワープ等の特性が得られる。測定
データにおいて装置に関係する誤差を補償する本発明は
そのような特性を非常に高精度で提供することを可能に
する。他の応用、構成もまた本発明の意図する範囲であ
り、単に例示的な好適な実施例に限定されない。
第１図は本発明の装置と非反復誤差補償システムの好適
な実施例のブロック図である。
システム10はウエファ14（又は他の標本）を離脱可能に
保持する真空チャック12を有し、また真空チャック12の
近傍に位置するセンサ16を有している。センサ16はセン
サ16に近接されるウエファ14の予め決められた表面領域
との距離を測定するように動作する。ウエファ14はセン
サ16に位置されたポイントの測定により決定されるフラ
ットネスやバウ／ワーププロフィール等の特性を有して
いる。センサ16は好ましくは“A"で示される第１プロー
ブ18と、少し離れた“B"で示される第２プローブ20を有
する。これらのプローブは一対の測定ヘッド22を構成す
る。第１プローブ18、第２プローブ20は容量型センサで
あるのが望ましい。第１プローブ18は支持体24に固定さ
れており、第２プローブ20も同様に支持体24に固定され
ている。第１プローブ18、第２プローブ20は互いに相対
的に可動としても良く、これにより測定ヘッド22のサイ
ズが調整できる。
リファレンスプローブ26は第１プローブ18、第２プロー
ブ20が装着される支持体24に装着されている。
このように、全てのプローブが互いに固定されている。
このようにプローブを装着するどの様な手段も適用可能
である。
プローブとしてはどの様なものも採用可能であるが、非
接地要素の容量型厚み測定と称する米国特許第３、99
0、005号に開示された容量型測定システムを採用するの
が望ましい。
真空チャック12にはリファレンス28が装着されており、
真空チャック12の１以上の自由度の動きに伴って動くよ
うになっている。好ましい実施例においてはリファレン
ス28は金属ディスクであっても良く、真空チャック12に
ともなってｘ、θ、ｚ方向に移動するように装着され
る。他の実施例においてはリファレンス28は単にｘ方向
に動くバーであっても良い。
リファレンスプローブ26は真空チャック12の理想的な位
置をリファレンス28を介して規定する。そしてリファレ
ンスプローブ26による測定の出力は該理想位置からの距
離を示す。
アナログ信号調整及び合成電子回路30が点線で示すブロ
ックにより示されている。この電子回路30は第１プロー
ブ18、第２プローブ20、リファレンスプローブ26の出力
に接続している。電子回路30は、第１プローブ18、第２
プローブ20、リファレンスプローブ26からのアナログ信
号を測定すべきウエファの特性に応じて調整し、これら
を装置の非反復的な機械的不完全さを補償するように合
成するものであれば、どのような構成であっても良い。
当業者であれば容易にわかるように、第１プローブ18と
第２プローブ20の信号の組合せは測定されるウエファの
所望の特性に従うように選択される。例えば加算されれ
ばウェファの厚さが得られ、差をとればウエファの中心
線までの距離が得られる。高精度のバウ／ワーププロフ
ィールを得るために、例えば第１プローブ18、第２プロ
ーブ20、リファレンスプローブ26に夫々接続するリニア
ライザ32、34、36を合成、調整回路が有しても良い。そ
して第１プローブ18、第２プロープ20の出力はその相違
をアナログ加算器38において計算される。アナログ加算
器38の出力に対してリファレンスプローブ26からの出力
が合成され、測定データの非反復装置誤差をリアルタイ
ムで補償し、これにより補償された出力信号が得られ
る。図に示すようにウエファ14の下側のリファレンス28
とリファレンスプローブ26の位置に対して、アナログ加
算器のようなミキシングエレメント40が設けられ、リフ
ァレンスプローブ26の出力を″REF″で示す基準レベル
から引く。この基準レベルは装置の公称位置を表してお
り、これからの偏差は真空チャック12が理想的な位置仕
様から機械的に離れていることを示している。補償され
た出力信号はA/Dコンバータ42に入力される。
ｘθｚアッセンブリ44は真空チャック12を軸中心にθラ
ジアン回転させ、真空チャック12をｘ軸に沿って移動さ
せ、またｚ軸に沿って移動させるために装着されてい
る。ｘθｚアッセンブリ44はプロセッサ46からの複数の
制御信号に応答し、真空チャック12を制御操作してｘ、
θ、ｚ方向に動かし、ウエファ14の予め決められたポイ
ントを逐次測定ヘッド22に近接させて位置させる。この
ポイントは好ましくは例えばバウ／ワープロプロフィー
ルのためにウエファ14の全体をカバーするように選択さ
れる。ｘθｚアッセンブリ44としてはどのような構成も
採用可能であるが、ウエファアライメントステーション
と称する米国特許４、457、664号に示されたｘθｚアッ
センブリ44を採用するのが望ましい。また、ｘθｚアッ
センブリ44を操作する動作パターンはどのようなものも
採用できるが、ウェファフラットネスステーションを称
する米国出願第572、695号と機械誤差を測定対象特性か
ら分離し測定対象特性の誤差を補償するするための装置
と方法及び同様なバウ／ワープステーションと称する米
国出願第802,049号から例示的な動作シークエンスを得
ることができる。プロセッサ46は適宜のプロセッサでよ
く、例えば装置に備えられA/Dコンバータ42にデータ／
アドレスバス48を介して接続される。プロセッサ46はデ
ータ／アドレスバス48により従来のラッチドライバ50を
経由して接続される。プロセッサ46はRAM52とPROM54を
備えており、これらは通常の方法で結合されている。中
央制御プロセッサ56はデータ／アドレスバス48に、コム
ニケーションリンク望ましくはIEEE488バス58とIEEE488
インターフェース60を介して接続されるのが好ましい。
プロセッサ46は中央制御プロセッサ56のスレーププロセ
ッサであることが望ましいが、もちろん単独のプロセッ
サであっても良い。
次に動作を説明する。
ｘθｚアッセンブリ44を制御して真空チャック12を動か
し、これにより真空チャック12に保持されたウエファ14
が動き、ウエファ14の異なる各点を測定ヘッド22内に位
置させて測定を行う。各点において、第１プローブ18、
第２プローブ20は信号を出力する。この信号は各点にお
けるウエファ14の対向する対応表面までの距離を示して
いる。リファレンスプローブ26は同時に稼働して信号を
出力する。この信号は上記したウエファ14の各点におけ
る対応するリファレンス28の表面までの距離を示してい
る。もし、真空チャック12が本来の正しい位置にあれ
ば、リファレンスプローブ26からの信号は公称位置信号
に一致する。しかし、真空チャック12が非反復誤差を受
けており、ｘ方向において本来の位置にないならば、リ
ファレンスプローブ26の出力はこれにしたがって変化
し、この変化ミキシングエレメント40により誤差成分出
力信号として提供される。電子回路30はこの誤差成分信
号を測定信号から信号が出力されるときにリアルタイム
で引く。補償された信号は次にA/Dコンバータ42により
デジタル化される。当業者において明らかなように、こ
のように得られたデータをプロセッサで処理して、１ま
たはそれ以上のウエファのフラットネスやバウ／ワープ
等の特性を得るようにすること可能である。ウエファフ
ラットネスステーションと称する出願番号第572、695号
からプロセッシングシークエンスとウエファのフラット
ネスプロフィールを得るためのアルゴリズムを参照する
ことができる。また、機械誤差を測定対象特性から分離
し測定対象特性の誤差を補償するための装置と方法及び
同様なバウ／ワープステーションとを称する出願第80
2、049号からプロセッシングシークエンスと反復誤差か
ら自由なウエファのバウ／ワーププロフィールを提供す
るアリゴリズムを参照できる。フラットネスバウ／ワー
プと他のウエファの特性を決定するための他のシーエン
スとアルゴリズムは当業者であれば容易に実行できる。
この発明はプローブからの測定信号に混入する装置の理
想的な位置仕様からの非反復的な偏差によりもたらされ
る誤差を除去できる。また、装置の理想的な位置仕様か
らの反復的な偏差によりもたらされる誤差は上記した出
願番号802、049号に開示されて技術により除去すること
が出来る。この方法により、１又は１以上の自由度のｘ
θｚアッセンブリ44の反復的及び非反復的な位置のずれ
の両方の完全な誤差補償を実現できる。これにより装置
の機械的な不完全さ、許容範囲外に伴う非理想的な状態
にも関わらず、データの制度は飛躍的に向上する。
本発明の種々の変形例が特許請求の範囲に逸脱しない範
囲で当業者に自明である。
次に上記した反復誤差を補償するための装置の実施例を
説明しておく。
まずソリ測定装置の概要から説明する。
第２図に示すようにソリ測定装置バウ／ワープ測定装置
216はシステム210の一部を構成している。このシステム
210は中央演算処理装置212を備えている。中央演算処理
装置212はアライメント装置214、バウ／ワープ測定装置
216、サンプルムーバ218に接続しこれらを制御してい
る。サンプルルーバ218は例えば一対の平行なラバーベ
ルト等であって半導体ウエハ等のサンプルをアライメン
ト装置214、バウ／ワープ測定装置216へと順次搬送す
る。このベルトは例えば米国特許出願番号第725159号に
示されるものでよい。ウエハは自動ウエハエレベータ
（図示せず。）により、図面上左においてサンプルムー
パ218に乗せられる。該エレベータは例えば米国特許出
願番号第379559号に示すタイプのものでよい。
中央演算処理装置212はサンプルムーバ218が各ウエハを
アライメント装置214へと搬送するように制御する。ウ
エハのアライメントには他の種々の装置が適用可能であ
るが、米国特許第4457664号に示す装置を使用するのが
望ましい。中央演算処理装置212は次ぎにアライメント
装置214に指令を送り、ウエハの中心合せと方向合せを
行なわせる。その後、中央演算処理装置212はサンプル
ルーバ218に信号を送りバウ／ワープ測定装置216のウエ
ハ受取装置にウエハを移送させる。そしてバウ／ワープ
測定装置216はウエハのプロフィル（ソリ）の測定を行
なう。
第３図にバウ／ワープ測定装置216の詳細を示す。バウ
／ワープ測定装置216はバキュームチャック222をそなえ
ている。バキュームチャック222はウエハ224（または被
測定対象物であるサンプル）を装脱可能に保持する支持
装置となっている。バキュームチャック222はウエハ224
との相対位置を変えることが出来るように構成されてい
る。センサ226はバキュームチャック222の近傍に位置し
ウエハ224の表面までの距離を任意の範囲で測定できる
ように構成されている。ウエハ224のソリについては当
然に未知である。センサ226は第１のプローブ228と第２
のプローブ230から構成するのが望ましく、その間に容
量形測定ヘッド232が設定されている。第１のプローブ2
28、第２のプローブ230は容量形センサであることが望
ましい。第２のプローブ230はサポート234に固着されて
いる。第１のプローブ228はアーム236に装着されてい
る。アーム236は支持材238にネジを介して装着され、サ
ポート234に対して可動となっており容量形測定ヘッド2
32の間隔を調整し得るように構成されている。第１のプ
ローブ228、第２のプローブ230にはアナログ信号調整ユ
ニット239が接続し、第１のプローブ228、第２のプロー
ブ230の出力の合計Ａ＋Ｂを表すアナログ信号を出力す
るようになっている。すなわち、第１のプローブ228、2
29は容量形測定ヘッド232に順次位置するウエハの予め
決められた複数の点の測定値を出力し、アナログ信号調
整ユニット239は各測定点における第１のプローブ228、
第２のプローブ230の測定値の合計を出力する。アナロ
グ信号調整ユニット240も同様に第１のプローブ228、第
２のプローブ230に接続され、ウエハの複数点における
第１のプローブ228、第２のプローブ230の測定値の差Ａ
−Ｂを出力する。このＡ＋Ｂはウエハの厚みを表してお
り、Ａ−Ｂは例えばウエハの厚さ方向中心線までの距離
を表している。マルチプレクサ241がアナログ信号統調
整ユニット239、アナログ信号調整ユニット240の出力側
に接続されている。Ａ＋Ｂ出力はフラットネス（平坦
度）の検証に役立つ。これは米国特許出願番号第572695
号にある通りである。一方、Ａ−Ｂ出力はソリ測定とそ
の補償に活用される。マルチプレクサ241にはA/Dコンバ
ータ42が接続されマルチプレクサ241の信号をデジタル
化している。第１のプローブ228、第２のプローブ230と
しては他の種々のプローブが使用可能であるが米国特許
第3990005号に記載された容量形測定システムを用いる
のが望ましい。
x,θ,zアッセンブリ44はバキュームチャック222に接続
し、バキュームチャック222をその中心を軸としてθラ
ジアン回転させる。また、バキュームチャック222をＸ
軸方向、Ｚ軸方向に移動させる。X,θ,Zアッセンブリ44
はコントロール信号に応答しバキュームチャック222を
操作して、容量形測定ヘッド232間におけるウエハ224の
予め決められた複数の位置決めを行なわせる。これを後
述する第１乃至第４のデータベースの集積を行なうため
にウエハ224の全領域をカバーすることが望ましい。X,
θ,Zアッセンブリ44としては種々の構成のものを用いる
ことが出来るが、上記米国特許第4457664号に記載のも
のを使用するのが望ましい。
A/Dコンバータ42にはデータバス48を介してプロセッサ4
6が接続し、このプロセッサ46はデータバス48、及び従
来のドライバ50を介してX,θ,Zアッセンブリ44に接続し
ている。プロセッサ46はRAM52、PROM54を有している。
中央演算処理装置212は、好ましくはIEEE488バス58とIE
EE488インターフェース60のバスシステムを介してデー
タバス48と接続されている。プロセッサ46は中央演算処
理装置212に従い（即ち、プロセッサ46はスレーブ、中
央演算処理装置212がマスタである。）予め決められた
ウエハの中心付近の点を容量形測定ヘッド232間に位置
せしめ、次いでウエハの中心の周りの点を位置せしめ
る。これと同時にプロセッサ46はA/Dコンバータ42の各
点における出力を読み、それをデータバス48を介してRA
M52に書き込む。この各データベースの番地はX,θ,Zア
ッセンブリ44により設定されるウエハ上の設定点の空間
的な位置に対応している。
プロセッサ46は中央演算処理装置212からの指令に応答
してX,θ,Zアッセンブリ44の制御信号をデータバス48を
介してドライバ50に出力する。これによりＸステップモ
ータ、θステップモータ、Ｚアクチュエータ及びバキュ
ーム条件の制御を行なう。Ｘコントロール信号に応答し
てＸステップモータの軸は回転しウオームギヤを回転さ
せる。ウオームギヤのネジは直線上のガイドレール上に
スライド可能に装着されたハウジングのネジに螺合して
いる。これによりバキュームチャック222はＸ軸に沿っ
てその位置を調整される。同様に、θ方向に位置もθ制
御信号に応答してθステップモータおよびベルトや歯車
に依り調整される。またバキュームチャック222のＺ方
向の位置もＺ信号に応答してＺアクチュエータにより調
整される。バキュームチャック222に供給されるバキュ
ームのON,OFF状態はバキュームラインによりコントロー
ルされる。ONは時はウエハはバキュームチャック222に
より吸着され、OFFの時はウエはバキュームチャック222
から開放される。
次ぎに第４図に基づいてプロセッサ46の動作の説明をし
ておく。中央演算処理装置212からの指令はプロセッサ4
6に受け取られる（62）。プロセッサ46はこの指令をデ
コードしX,θ,Z及びバキュームアクチュエータを駆動す
るコードをPROM54からフェッチする。これによりウエハ
を予め決められた複数点に容量形測定ヘッド232内に順
次移動させる（66）。そしてプロセッサ46はこの命令の
実行終了まで動作をつづける（68）。プロセッサ46はウ
エハの各測定点のアナログ信号調整ユニット240からの
測定値をA/Dコンバータ42内の対応する第１乃至第４の
テーブルの一つに格納する様に動作する。テーブル内で
はＸモータ、θモータの回転位置により決定されるウエ
ハの各点の位置に対応する予め決められた番地に格納さ
れる（70）。測定後、プロセッサ46はデータを中央演算
処理装置212へと送るように動作する（72）。
ここで従来生じていた測定装置の機械的な誤差について
第５図により説明する。
Ｘ軸方向の駆動装置はレールガイドキャリジ76を有して
いる。このレールガイドキャリジ76はＸステップモータ
の軸に接続するＸウオームのネジに従って移動する（図
示せず）。理想的なガイドレールは直線78に示されるよ
うに完全な直線となるが、実際のガイドレールは起伏ラ
イン80に示すように波形になる。これによる変動は矢印
82に示すように最大Ｄとなる。実際の装置ではこの誤差
は±0.004インチ（±101.6ミクロン）のオーダである。
このような変動はウエハ224の位置をＺ方向に変位さ
せ、その結果Ａ−Ｂ誤差成分を生じる。これはそのまま
理想的なレールとの差に比例している。
以上はＸ軸方向の誤差であるが、θ方向も同様である。
θ駆動装置はベルトや歯車を介してバキュームチャック
222と接続するθステップモータを有しており、これに
よりＺ軸を中心としてθ方向に回転させるようになって
いる。理想的な回転軸を84で示す。また実際の回転軸を
86で示す。理想的回転軸84と実際の回転軸86の差はウエ
ハ224のＺ方向の誤差となって表われ、X,θ方向の変動
に伴い変化する。このような変動はベアリングの機械的
精度やウエハとシャフトの重直度の精度等によりもたら
される。実際の装置において、150mmのウエハを例に取
ると、バキュームチャック222におけるＺ方向の誤差は
ほぼ±0.0022インチ（±56.25ミクロン）となる。
本発明はこのような測定装置の機械的な誤差を除去しよ
うとするものであり、Ｘ方向の誤差成分とθ方向の誤差
成分は非機械的に分離可能にしたものである。これは、
X,θ,Zアッセンブリ44の複数回の駆動により実現でき、
Ｘ方向の誤差成分はθ座標を固定することにより、また
θ方向の誤差成分はＸ座標を固定することにより、特定
することが出来る。
＜Ｘ−較正＞ まずＸ方向の誤差除去の方法を説明する。
Ｘ軸方向の誤差除去は最も簡単に実現出来、２回のウエ
ハの同一点の測定により可能である。即ち、誤差成分を
その極性が反対になるように２回測定すれば、その測定
値の差から簡単に誤差成分を算出できる。
X,θ,Zアッセンブリ44により順次ウエハを動かしてウエ
ハの基準点から所定の方向に順次複数回設定していく。
ここでセンサにより得られるウエハの各位置における測
定値M1（X,θ）は、測定目的であるウエハに関係する成
分Mv（X,θ）と不用な装置に関係した成分Mc（X,θ）と
を含み、下式で表される。
M1（X,θ）＝Mv（X,θ）＋Mc（X,θ） ……（１） ここでM1（X,θ）、Mv（X,θ）、Mc（X,θ）はマトリッ
クスである。
第6a図に示すこのM1（X,θ）データ88はRAM52に一時的
に格納される。その際、ウエハの各測定点は特定番地に
対応づけられる。そして各測定点は予め決められたホー
ムポジションを基準としたX,θ,Zアッセンブリ44のX,θ
位置を示すX,θ座標により規定される。第6a図の矢印90
に示すように順次X,θ,Zアッセンブリ44によりセンサヘ
ッド間に位置させられる複数のウエハボジションに対す
るM1（X,θ）データは（０、０）番地から順にデータテ
ーブルが満杯になるまでRAMに直列的に格納される。
全位置の測定が完了したら、ウエハ裏返されて、そのホ
ームポジションから再び測定される。ウエハの各測定点
は容量形センサヘッドに位置せしめられのM2（X,θ）の
測定が行なわれる。このM2（X,θ）はウエハに関係した
Mv（X,θ）と装置自体に関係したMc（X,θ）の成分を有
している。この測定値はウエハの裏側から同一地点を測
定したものであるから、表面の測定によりえられた測定
値とはMv（X,θ）の極性が逆になる。これを下式に示
す。
M2（X,θ）＝−Mv（X,−θ）＋Mc（X,θ） ……（２） ここで、M2（X,θ）、Mv（X,−θ）、及びMc（X,θ）は
マトリックスである。
第6b図に示すようにM2データはRAM52に一時的に格納さ
れる。即ちウエハの各点は順次容量形センサヘッドに位
置させられ、その測定値は矢印94で示すように上記とは
逆に順次所定番地に書き込まれる。各測定点は上記の場
合と同様にホームポジションを基準にしたX,θ,Zアッセ
ンブリ44の（X,θ）座標により規定される。このM1とM2
のデータの行列を加算することにより下式に示すように
Mc（X,θ）が分離される。このMc（X,θ）はチャックの
Ｘ方向に関係する誤差成分である。
M1＋M2＝Mv（X,θ）−Mv（X1−θ）＋Mc（X,θ） ＋Mc（X,θ） ……（３） これを整理すると Mc（X,θ）＝（M1（X,θ）＋M2（X,θ））/2……（４）
となる。
＜θ−較正＞ 裏返したウエハを測定し、M2データテーブルが満された
ら，ウエハはチャックから解放され，チャックのみが所
定ステップθ１だけθ方向に回転する。この位置を第２
のホームボジションとし、これは元の第１のホームボジ
ションからθ１だけずれている。次に裏返しウエハは再
びチャックに吸着され、上記した測定点と同一点が容量
形センサヘッド間に位置させられ、再び測定が行なわれ
る。この測定値は次のように示される。
M3（X,θ）＝Mv（X,θ）＋Mc（X,θ−θ１）……（５） 第6c図に示すように、M2データはRAM52に一時格納され
る。ウエハの各測定点の値は対応するRAMの各番地に格
納される。該各番地はオフセットホームボジションを基
準とするX,θ,ZアッセンブリのＸ−θ座標により規定さ
れる。
上記オフセットホームポジションに基づく裏返しウエハ
の測定が終了したら、ウエハは再びチャックから解放さ
れ、チャックのみがθ１から所定のステップ数（θ２）
だけ回転する。この位置を第３のホームポジションとす
る。そしてウエハは再びチャックに吸着され、ウエハ上
の同一点が容量形センサヘッド間に位置させられ、第３
のホームポジションに基づく測定がなされる。その測定
結果は下式で示される。
M4（X,θ）＝Mv（X,θ）＋Mc（X,θ−θ２）……（６） M4データは第6d図に示すようにRAM52に格納される。そ
して各測定値は第３のホームポジションを基準としたX,
θ,ZアッセンブリのX,θ位置を示す特定番地に対応づけ
られる。上記により得られたデータからθに起因するＺ
誤差成分を分離するための計算を次に示す。
M2（X,θ）＝M3（X,θ）＝Mv（X,θ）＋Mc（X,θ） −Mv（X,θ）−Mc（X,θ−θ１） ……（７） これを整理すると i1（θ）＝Mc（θ）−Mc（θ−θ１） ……（８） と表させる。
ここでi1（θ）は（７）式の左項と等しい変数である。
（８）をフーリエ展開すると I1（ω）＝Ｗ（ω）−Ｗ（ω−θ１） ……（９） と表わされる。
ここでI1（ω）はi1（θ）の,W（ω）はMc（θ）の,W
（ω−θ１）はMc（θ−θ１）のフーリエ展開である。
（９）式は次のように書ける。
次に（２），（６）式を引算すると M2（X,θ）−M4（X,θ）＝Mv（X,θ）＋Mc（X,θ） −Mv（X,θ）−Mc（X,θ−θ２） ……（11） となる。これを整理して（12）式で表わす。
i2（θ）＝Mc（θ）−Mc（θ−θ２） ……（12） ここでi2（θ）は（11）の左項と等しい中間変数であ
る。
（12）式をフーリエ展開して I2（ω）＝Ｗ（ω）−Ｗ（ω−θ２） ……（13） を得る。
ここで、I2（ω）は、ｉ（θ）の,W（ω）とＷ（ω−θ
２）は夫々Mc（θ）,Mc（θ−θ２）のフーリエ展開で
ある。
式（13）は次のように書ける。
式（10），（14）は予め選ばれた重み付け関数により不
要なノイズ効果を除去することにより合算できる。該関
数は次に示すように線形の組合せの形が望ましい。
I3（ω）＝α（ω）I1（ω）＋β（ω）I2（ω） ……
（15） ここで、I3（ω）は第３の変数であり、線形の組合せと
等しい。
である。（15）式の逆フーリエ展開W3（X,θ）はX,θ,Z
アッセンブリのθ依存の誤差成分を示している。
θモータのステップθｎは100ステップに等しく選択す
ることが望ましい。そしてθ座標におけるオフセット、
即ちθ1,θ２は互いにそしてθｎに素に選択することが
重要である。さもないと、δとγは成り立たない。好適
な実施例では、θ１は17ステップに，θ２は23ステップ
に選択される。
次に第７図のフローチャートに基づいて装置全体の動作
を説明する。104で示すフローチャートは中央演算処理
装置212の動作を示す。中央演算処理装置はまずアライ
メント装置214に指令を送り、ウエハの位置調整及び方
向合せを行わせる（106）。そしてこのアライメントが
完了するまで待つ（108）。そして中央演酸処理装置は
サンプルムーバ218に位置合せを終えたサンプルを移動
させ、その中心を容量形センサヘッド232間に位置させ
る（110）。動作完了するまで待つ（112）。次に中央演
算処理装置はバウ／ワープ測定装置のプロセッサに指令
を送り、サンプルの中心部の測定を行わせる（114）。
中央演算処理装置は測定値を受けとるまで待つ（11
6）。サンプル中央部の測定指令はバウ／ワープ測定装
置のプロセッサによりそのPROMコントロールテーブルに
格納された指示に基づいて実行される。
即ち、第８図に示すように、バウ／ワープ測定装置のプ
ロセッサはチャックをそのホームポジションからＸ軸に
沿ってＸで示されるウエハの中心と周辺の中間点118ま
で動かすように制御するのが望ましい。そして、この点
で、ウエハを吸着させる。次いでプロセッサはＸステッ
プモータを動作させ、点120で示すウエハの中心を容量
形センサヘッド間に位置させる。そしてプロセッサはウ
エハを離しX,θステップモータを動かして元のホームポ
ジションに戻るように指令を出す。そしてプロセッサは
ウエハを吸着させ、ウエハの内周に位置する３点122,12
3,124を順次センサヘッド間に位置させる。各点122,12
3,124の測定値はRAMに一時記憶される。
第７図に戻り、中央演算処理装置はバウ／ワープ測定装
置から送られるウエハデータをM1データテーブルの各位
置（第6a図）に格納する（126）。そして中央演算処理
装置はサンプルムーバ218に指令を送り、サンプルの中
心がそのホームポジションにおいてチャックの中心と重
なるようにする（128）。そして動作終了を持つ（13
0）。次いで中央演算処理装置はバウ／ワープ測定装置
のプロセッサに指令を送りウエハの中心部の周辺部の測
定を行わせる（132）。
プロセッサはこの指令を受けてPROMから周辺部測定のた
めのX,θ,Z及びバキューム信号のコードをフェッチす
る。そしてプロセッサは制御信号をX,θ,Z及びバキュー
ム駆動装置に送り、ウエハの中心部の周辺部の予め決め
られた測定点を順次容量形測定ヘッド間に位置させる。
そしてプロセッサは“周辺部の測定”命令を第８図の実
施例に示すように実行する。サンプルの中心部を囲む領
域は、その予め決められた点を外周から順次内周に向っ
てリング状に測定されていく。中央演算処理装置がバウ
／ワープ測定装置のプロセッサに各リングを順次測定す
るように指示するのが望ましい。プロセッサはバキュー
ムを駆動し、ウエハをその中心点において吸着させ、Ｘ
ステップモータを駆動し、最外周リング136がセンサヘ
ッド間に位置するようにチャックを動かす。そしてプロ
セッサはθステップモータを駆動し、リング136上に位
置する予め決められた複数の点（第８図では３点を代表
してドットで図示してある）を容量形センサヘッド間に
近接して位置せしめる。プロセッサはθステップモータ
を回転させ、完全なリング状に測定を行うようにする。
各測定点においてプロセッサはA/Dコンバータ42の読み
をRAM52のデータテーブルに格納する。この格納番地は
予め決められており、ホームポジションを基準としたθ
モータ及びＸモータの回転位置に規定されるリング136
上の点に対応している。θモータのステップ数は１回転
につき100であることが望ましい。
最外周リングの各測定点の測定値をバウ／ワープ装置の
ローカル・メモリに格納したら、プロセッサはこのデー
タを中央演算処理装置に転送する（第４図の72）。
第７図に戻って、中央演算処理装置は最外周リングのデ
ータが集積されるのを持ち（138），各点におけるウエ
ハの中心線からの距離を表わすデータを格納する（14
0）。最内周のリングのデータ集積が未終了の時（14
2），中央演算処理装置はプロセッサにウエハの回転を
継続するように命令を送り、次の内側のリング144へと
移動するように指令する（144）。プロセッサはこの指
令を受けて実行する。最内周リングのデータが集積され
た後中央演算処理装置はプロセッサに命令を送り、サン
プルの回転を停止し、バキュームチャックを元の位置に
戻し、サンプルを解放し動作完了を持つ（148）。
次に中央演算処理装置はバウ／ワープ測定装置から転送
されたデータと第１のデータテーブルM1のテーブルに格
納する（150）。
次にウエハは裏返された上で、サンプルムーバに戻さ
れ；上記したステップ106〜116,126〜132,138〜150を中
央演算処理装置により繰返される（152）。裏返された
ウエハのデータは表側のデータの裏返しになっており、
これは同様な手順で中央演算処理装置のRAM内の第２の
データテーブルM2内に格納される。
そして中央演算処理装置は“θ１回転”指令をプロセッ
サに送り（154）。この命令が実行されるのを持つ（15
6）。
θ回転が、望ましくは17ステップなされたら、上記した
M,M2のデータ集積の手段が繰返される。そしてホームポ
ジションからθ１ずれた位置のウエハの中心線までの距
離を表わすこれらデータは中央演算処理装置のRAM内の
第３のデータテーブルM3に格納される（158）。
更に中央演処理装置は上記と同様な操作により上記RAM
内の第４のデータテーブルM4にデータを格納する（160,
162,164）。この時のθ駆動装置のホームポジョンから
のずれは23ステップが望ましい。
そして中央演算処理装置はウエハ自体の測定成分からＸ
方向に関する誤差を分離する（166）。これは上式
（１）〜（４）をソフト的に実行することにより行な
う。またθ方向の誤差分離を上式（５）〜（15）を実行
することにより行なう（168）。これら誤差はメモリに
記憶される。
中央演算処理装置はX,θ誤差成分を除去し、ウエハ自体
の測定値のみを残す（170）。このデータに処理を加え
てウエハのバウ／ワープの値を得る（172）。ワープの
算出は代表的には下式をコンピュータで実行することに
より得られる。
ワープ（X,θ）＝M1（X,θ）−（Mc（X,θ） ＋W3（X,θ）） 第９図はバウ／ワープ測定のシーケンスを示すフローチ
ャートである。バウ／ワープ測定装置に順次送られてく
るウエハは最初にM1（X,θ）データを測定され、上記手
順で既に得られているＸ較正値Mc（X,θ）とθ較正値W3
（X,θ）により補償される（184）。補償後のデータ
は、バウ／ワーププロフィール値を高精度で表わす。
本発明は上記以外に当業者であれば種々の態様が可能で
ある。
＜発明の効果＞ 以上説明したように本発明によれば、装置の機械的な非
反復誤差を有効に補償できる。そのため、対象物の測定
精度を大幅に向上することが可能になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の測定装置及び補償システムの好適な実
施例を示す図面、第２図はバウ／ワープ装置の一例を示
すブロック図、第３図は本発明をバウ／ワープ装置に適
用した一実施例を示すブロック図、第４図はバウ／ワー
プ装置のプロセッサの動作を示すフローチャート図、第
５図は機械的な誤差の発生を説明する測定装置の概略
図、第6a図乃至第6d図はウエハ上の測定点に対応したメ
モリダイアグラムを示す概略図、第７図は本発明による
バウ／ワープ測定の一実施例のフローチャート図、第８
図はウエハ上の測定点の説明図、第９図は較正後の通常
の測定手順のフローチャート図である。 10:システム、12:真空チャック、14:ウエファ、16:セン
サ、18:第１プローブ、20:第２プローブ、22:測定ヘッ
ド、24:支持体、26:リファレンスプローブ、28:リファ
レンス、30:電子回路、32:リニアライザ、34:リニアラ
イザ、36:リニアライザ、38:アナログ加算器、40:ミキ
シングエレメント、42:A/Dコンバータ、44:xθｚアッセ
ンブリ、46:プロセッサ、48:データ／アドレスバス、5
0:ラッチドライバ、52:RAM、54:PROM、56:中央制御プロ
セッサ、58:IEEE488バス、60:IEEE488インターフェー
ス。

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の動作範囲を有し、測定される標本が
    離脱可能に装着される可動保持装置と； 該可動保持装置と共に動く保持位置手段と； 該可動保持装置から離れ且つその動作範囲内にある第１
    センサを備え、 該第１センサは標本が前記可動保持装置により該第１セ
    ンサに対して動くのに従って標本の特性の測定信号を出
    力するためのものである、 手段と； 前記第１センサと固定関係にあり、前記可動保持装置か
    ら離れ且つその動作範囲内にある第２センサを備え、 該第２センサは前記可動保持装置が標本を第１センサに
    対して動かすことにより前記保持位置手段が第２センサ
    に対して動くのに従って、可動保持装置の理想位置から
    の偏差を示す誤差信号を提供するためのものである、 手段と； 測定信号から誤差信号を除去し、可動保持装置の理想位
    置からの偏差を補償された出力信号を提供する手段と； を有する非測定標本保持装置の誤差補償装置。
  2. 【請求項２】可動保持装置が標本を離脱可能に装着する
    真空チャックを備えたｘ、θ及びｚ方向に可動な装置で
    ある特許請求の範囲第１項に記載の非測定標本保持装置
    の誤差補償装置。
  3. 【請求項３】保持位置手段がｘ、θ及びｚ方向に可動な
    装置に固定された特許請求の範囲第２項に記載の非測定
    標本保持装置の誤差補償装置。
  4. 【請求項４】保持位置手段がｘ、θ方向の動きのために
    前記真空チャックに装着されたディスクである特許請求
    の範囲第３項に記載の非測定標本保持装置の誤差補償装
    置。
  5. 【請求項５】保持位置手段がｘ方向の動きのために前記
    真空チャックに装着されたバーである特許請求の範囲第
    ３項に記載の非測定標本保持装置の誤差補償装置。
  6. 【請求項６】第１と第２のセンサが容量型センサを有す
    る特許請求の範囲第１項に記載の非測定標本保持装置の
    誤差補償装置。
  7. 【請求項７】センサ支持体を有し、前記第１と第２のセ
    ンサが該センサ支持体に装着された特許請求の範囲第６
    項に記載の非測定標本保持装置の誤差補償装置。
  8. 【請求項８】センサと； 保持装置と； 該センサと保持装置とを相対的に動かし、 それから１又は１以上の標本の特性を決定可能な標本の
    センサ測定信号を提供し、 しかし該信号は非理想的な保持位置に起因し、該センサ
    出力を汚す誤差を受け、これによりセンサ測定信号の精
    度を低下させる。 手段と； 前記保持装置の理想位置を表わす参照手段と； 前記保持装置の理想位置からの前記参照手段に関しての
    偏差を測定する手段と； 測定信号の理想からの偏差を補償し、 そこから１又は１以上の標本の特性を高精度で決定でき
    る出力信号を提供する手段と； を有する非反復誤差を補償する標本測定装置。
  9. 【請求項９】保持装置が前記センサに対して可動である
    特許請求の範囲第８項に記載の非反復誤差を補償する標
    本測定装置。
  10. 【請求項１０】保持装置がx,θ,z方向可動な真空チャッ
    クを有する特許請求の範囲第９項に記載の非反復誤差を
    補償する標本測定装置。
  11. 【請求項１１】非理想的な保持位置に起因する誤差が瞬
    間的で自然的な保持装置の位置偏差であり、これが標本
    を本来目指す空間的位置からずらすように働き、これに
    よりセンサエレメントにより得られる測定データに誤差
    が導入される特許請求の範囲第10項に記載の非反復誤差
    を補償する標本測定装置。
  12. 【請求項１２】前記参照手段が、可動保持装置と共に動
    くために装着され理想位置を規定するディスクを含む特
    許請求の範囲第11項に記載の非反復誤差を補償する標本
    測定装置。
  13. 【請求項１３】前記参照手段が、可動保持装置と共にｘ
    方向に動くために装着され理想位置を規定するバーと、
    該バーとの相対距離を測定するセンサとを含む特許請求
    の範囲第11項に記載の非反復誤差を補償する標本測定装
    置。
  14. 【請求項１４】前記補償手段が、参照手段がその理想位
    置から離れ又それが連結するセンサエレメントにより測
    定されるにつれて変化する補償信号を創出するための電
    子回路手段を含む特許請求の範囲第１項に記載の非反復
    誤差を補償する標本測定装置。
  15. 【請求項１５】プローブの近接による感応により測定デ
    ータが得られる対象物を制御して動かす装置の位置異常
    によりもたらされる測定データの汚れを補償する方法で
    あって； 逐次対象物としてプローブの異なる点を感応近接範囲に
    位置させることにより測定データを得るために装置をプ
    ローブに関して動かし； 対象物とプローブの異なる点が逐次感応近接範囲に位置
    するのに従って装置位置の基準位置からの離間を測定
    し； 測定データから測定された位置の離間を除去する； 測定データの汚れ補償方法。
  16. 【請求項１６】測定データからの測定された位置の離間
    の除去をリアルタイムで行う特許請求の範囲第15項に記
    載の測定データの汚れ補償方法。
  17. 【請求項１７】データプローブにより得られる測定デー
    タを汚す保持装置の位置異常を補償する装置であって； 保持装置をプローブに対して動かし、保持装置に装着さ
    れた測定対象物の異なる点を逐次プローブの感応近接位
    置に位置させることにより測定データを得るための手段
    と； 対象物とプローブの異なる点が逐次感応近接位置に位置
    されるのに応じて、保持装置位置の基準位置からの離間
    を測定するための手段と； 測定された位置の離間を測定データから除去するための
    手段と； を備えた補償装置。
  18. 【請求項１８】測定データからの測定された位置の離間
    の除去するための手段がリアルタイムで稼働する特許請
    求の範囲第17項に記載の補償装置。
  19. 【請求項１９】離間を測定するための手段が、保持装置
    に共に動くために装着された参照基準と、データプロー
    ブと固定関係にある参照基準プローブとを有する特許請
    求の範囲第17項に記載の補償装置。
  20. 【請求項２０】プローブに対してｘ、θ、ｚ方向に可動
    な対象物受け装置を伴う対象物のデータであり、対象物
    受け装置の本来の機械的精度に対して得られるより優れ
    た精度を有する測定データを提供する装置であって； 対象物の複数位置の測定データを提供するためのセンサ
    ヘッドを備え、 該対象物が該センサヘッド内を動く。 プローブと； 対象物と載置し、対象物の複数位置をプローブのセンサ
    ヘッド内を制御して動かすためのｘ、θ、ｚ方向可動な
    対象物受け装置と； 前記ｘ、θ、ｚ方向可動な対象物受け装置と前記プロー
    ブとに連結し、 前記ｘ、θ、ｚ方向可動な対象物受け装置の動作を制御
    して、該対象物受け装置に載置された対象物の異なる位
    置をセンサヘッド内において、該対象物受け装置の測定
    サイクルから測定サイクルを繰り返して測定データを得
    る動作シークエンス内で動かすための、 サイクル的に稼働する手段と； 前記サイクル的に稼働する手段に連結し、 ｘ、θ、ｚ装置の理想的保持位置からの反復位置偏差に
    起因する測定データの誤差を補償する、 ための手段と； 前記サイクル的に稼働する手段に連結し、 前記ｘ、θ、ｚ装置の理想的保持位置からの非反復位置
    偏差に起因する測定データの誤差を補償するための第１
    の手段と協働する、 手段と； を備えた装置。
  21. 【請求項２１】前記測定データの非反復位置偏差を補償
    する手段が； 前記ｘ、θ、ｚ方向可動な保持手段に共に動くように装
    着され、基準位置を規定するリファレンスと； ｘ、θ、ｚ方向可動な保持手段の実際の位置の基準位置
    からの偏差を表わす誤差データを提供するためのプロー
    ブと； を有する特許請求の範囲第20項に記載の装置。
  22. 【請求項２２】測定データの非反復位置偏差を補償する
    手段がリアルタイムで稼働な特許請求の範囲第21項に記
    載の装置。
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