JP5893154B2 - 基板の形状変化の測定 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載の形式の、基板表面に対して平行な基板の形状変化を測定する装置、並びに、請求項１０に記載の形式の該装置に対応する方法に関する。

半導体産業においてますます進められている小型化により、もはや、特にますます重要になっている３Ｄ技術に関するウェハの互いのアライメント（位置合わせ）だけではなく、ウェハの処理によって生じる、特にウェハ表面に対して平行な形状変化も重要となっている。

とりわけボンディング技術において、ますます小さくなる構造により、できるだけ高いアライメント精度ひいてはできるだけ高いボンディング精度の達成が求められる。ボンディングプロセスの前に２つの構造の正確な互いのアライメントを得るという問題は、既に種々様々な技術により効果的に解決されている。しかしながら、ボンディング過程中、互いに接触する構造に歪みが生じる恐れもあることが示された。さらにこれらの構造は、ボンディングプロセスが既に実行された後で、別の物理的パラメータに基づき互いに相対的に摺動される恐れがある。このような摺動若しくは歪みにより、特に既にボンディングプロセスが行われた後に、事前に極めて良好なアライメント精度が得られていても、再び、又はより大きなずれが生じる恐れがある。今日の先行技術はとりわけ、定置に規定された座標系に関して２つの表面を移動させ、この表面上の構造の位置を記憶し、相応のボンディング過程後に、歪みについての情報を得るために測定を繰り返す測定装置を有している。

基板処理前及び処理後の基板表面上における個々の構造の測定は極めて手間がかかり、相応のコストを要する。

従って本発明の課題は、検出を迅速かつ正確、確実かつ安価に行う、基板表面に対して平行な基板の形状変化を測定する装置及び方法を提供することである。

この課題は、請求項１及び１０の特徴部に記載の構成により解決される。本発明の有利な別の構成は従属請求項に記載されている。明細書、請求の範囲及び／又は図面に記載された少なくとも２つの特徴から成る全ての組み合わせも本発明の範疇にあるものである。規定された値範囲では、記載した範囲内にある値も、制限値として開示されるものであって、任意の組み合わせで請求の範囲とすることができる。

本発明の根底を成す思想はこの場合、特に１つの機械的な光学測定システムによって、基板表面上における２つの（又は複数の）構造の互いに相対的なずれ（距離ｄｘｎ／ｄｙｎ）を、（基板表面上に分配された２つ又は複数の構造を結像するための）本発明による１つの光学系と、（結像された構造を検出するための）１つの検出手段とによって測定するというものであって、前記構造は、光学系の２つ（又はそれ以上）の光学装置の２つの異なる視野（field-of-view）に位置している。従って、本発明は、相対的なずれ（距離ｄｘｎ／ｄｙｎ）を測定するために絶対的な若しくは固定的な基準系を使用しないので、形状変化を検出するために改めて行われる測定の際に再び、２つ（又はそれ以上）の検出すべき構造の間の相対位置を測定して、特に基板の処理により生じる２つ（又はそれ以上）の構造の相対的なずれを測定する若しくは基板の形状変化を推定することができる。従って本発明の構成では、一般に、ｎ個の光学装置によって、特に２つだけの光学装置によって、ｎ個の若しくは２つの異なる位置の表面を同時に撮影することができる。撮影は、ｎ個全ての若しくは２つの画像の重ね合わせ（重畳）である。撮影は特にＣＣＤ検出器、又は類似のカメラ等によって行われる。

本発明による構造としては特に、検出マークが考えられるが、検出マークの刻印された構造又は検出マークの一部も考えられる。刻印された構造である場合、特にステップ＆リピート法でその都度刻印された刻印構造の部分又はその都度の刻印構造又は組み合わされた複数の刻印構造が考えられる。

光学系又は光学装置（特にそのレンズ）と、測定すべき基板の表面との間の距離Ａは、使用レンズの特性に依存する。当業者にはこの距離は、「ワーキングディスタンス（working distance）」、相対的な作業距離、の概念で公知である。本発明の構成では、作業距離はマイクロメータ範囲である。それ以外の次元も可能である。「焦点深度」（ＤＯＦ）の範囲は約５〜５０μｍである。拡大ステージが２０倍の場合（ＤＯＦ）範囲は１０μｍより小さく、拡大ステージが１０倍の場合ＤＯＦ範囲は２０μｍより小さく、拡大ステージが５倍の場合、ＤＯＦ範囲は５０μｍよりも小さい。

さらに、用語「実際距離」（距離Ｂ）と、「仮想距離」（距離ｄｘｎ／ｄｙｎ）とを規定する。実際距離とは、本発明の関連では、２つの構造の間の実際の距離のことであり、これは、任意の別の各測定法によって同様に測定することができる。仮想距離とは、検出フィールド（カメラスペース）における２つの構造間の距離（ｄｘｎ／ｄｙｎ）である。仮想距離は、２つ（又はそれ以上）の光学装置の互いのＸ−Ｙ位置に依存するが、測定すべき基板に対する光学装置のＸ−Ｙ位置には依存していない（試料座標系、下記参照）。従って本発明による検出フィールドは、少なくとも１つの構造を有した構造フィールドに必ずしも重なっていない。１つの構造フィールドは、特に、ステップ＆リピート法で設けられた１つの刻印構造であって良い。各構造フィールドのために複数の検出フィールドを設けることができ、またその逆もある。

本発明による構成は、多くの場合、前検出・後検出のために使用される。本発明による光学系の使用は、１つの表面における構造間の相対的な間隔についての統計学的な情報を得るために、１回の、特に同時の測定プロセスで、複数の表面構造の複数の相対間隔を検出するために重要である。これにより、ボンディングプロセスの前に既に、構造間の間隔についての統計学的情報が得られる。第３に、表面の変形時の、即ち例えば、ボンディングプロセス中のインシトゥ（in-situ）測定が考えられる。

本発明によれば、複数の言及すべき座標系が存在している。光学系に関する光学座標系、測定すべき基板に関連した、若しくは該基板に又は基板チャックに固定された試料座標系、本発明による装置が配置された実験室座標系である。

本発明による構成によれば、装置起因の誤差（ＴＩＳ）を計算することが考えられる。ＴＩＳは当業者には公知である。ＴＩＳとは、工具及び光学系エラーに基づく、想定理想位置からの構造のずれのことである。例えば光軸（若しくは複数の光軸）は、測定すべき表面に対して常に垂直である必要はない。基板表面に関する光軸の誤差がどの程度かを計算するために、本発明によれば、０度の回転位置における構造のＸ−Ｙ位置が測定される。次いで、システム全体を１８０°回転させて、再度、表面における構造のＸ−Ｙ位置を測定する。ＴＩＳは、２つの任意の構造の０°で測定されたＸ−Ｙ位置と１８０°で測定されたＸ−Ｙ位置との算術平均値である。ＴＩＳは、理想的には機器ごとに１回だけ規定すれば良い。実際にはＴＩＳの計算は、それぞれ１つのウェハ（基板）の交換後に行われる。ＴＩＳ値は構造形態（topography）に依存している。構造形態が高くなるほど、ＴＩＳは大きくなる。この依存性及びこれにより生じる技術的問題も当業者には公知である。

本発明による装置はとりわけ、１つのウェハ上の２つ（又はそれ以上）の大きく離れた点の相対的なずれ若しくは「仮想距離」を、互いに堅固に結合された複数の光学装置によって、定置の基準系を使用することなく求めるのに適している。ずれに加え、又はずれの代わりに、Ｘ方向及び／又はＹ方向での実際の間隔Ｂを測定すべき場合、光学系を事前に、キャリブレーションウェハによって校正することができる。キャリブレーションウェハには、構造として複数のマークが設けられているが、これらのマークのうち少なくとも２つのマークは、互いの間隔が高い精度でわかっている。このようなウェハは例えば高い局所的解像度を用いる方法、例えば電子ビーム書き込み法により製作することができる。

光学装置は、これら両マークに基づき位置合わせされ、その位置で固定される。その後、本発明の構成は、同じような間隔を置いて位置している点を、画像重畳により正確に測定することができる。本発明によれば、光学系の光学装置は、キャリブレーション後かつ／又は同じ基板における測定の間では、もはや互いにずれることはないことが重要である。キャリブレーションウェハによって、本発明による構成を、試料保持体と光学系との間の回転誤差の検出のために使用することができる。このために２つの（ｎ倍の光学系では相応にｎ個の）測定点が、まさに公知の間隔で焦点合わせされる。この場合、光学装置は、好適には、試料保持体の回転軸に対して同心的に又は互いに直線的に位置する。光学装置がｎ個である場合、それぞれ２つの光学装置の間の角度は３６０／ｎ°である。ｎ個の構造の１回の撮影（検出）は０度の回転位置で行われる。次いで、ウェハは３６０／ｎ°回転される。別の撮影が行われる。最良の場合にはｎ回の撮影が行われる。ｎ回の撮影により、試料保持体表面の傾斜位置が測定可能である。

再度、はっきり強調したいのは、前後比較による歪みの測定のために、本発明による光学系をキャリブレーションする必要はないということである。両方法の組み合わせもこれにより明らかである。

上記手段により、本発明によれば、ベクトル計算及び／又は統計学的方法を用いて、基板表面上の（即ち特に好適には基板表面平面のＸ方向及び／又はＹ方向における）構造の位置、ひずみ、ずれについての必要な全ての情報が、任意のプロセス、特にボンディングプロセス前、プロセス中、プロセス後に検出かつ／又は計算することができる。

ボンディングプロセス前に得られた全データは、特に、データライン及び相応の周波数帯域を介して、第２の機器、例えばボンダーに伝達することができる。好適には、このような転送は、種々様々な役割を持った複数の機器が１つのウェハシステムを順次処理していくインラインプロセスチェーン内で行われる。

この場合、形状変化は特に、基板表面に沿って生じる延伸及び／又は歪みであり、これは例えば、ウェハの熱処理により、特に、本発明による装置から分離された装置で生じるものである。本発明に関連する形状変化は１０００ｎｍ以下、特に５００ｎｍ以下、さらに好ましくは２００ｎｍ以下、さらに好ましくは１００ｎｍ以下、さらに好ましくは５０ｎｍ以下である。

しかしながらこの方法は、まだ背面切削されていないウェハでの使用に限定されるものではない。このウェハは規格化された標準厚さを有している。従って基板として、例えば、特に１０００μｍ未満、好適には８００μｍ未満、さらに好適には７２５μｍ未満の厚さを備えたウェハが重要である。ウェハの典型的な直径は２００ｍｍ又は３００ｍｍ又は４５０ｍｍである。この方法は厳密には、ウェハの厚さとは無関係である。しかしながら本発明による光学系は主として厚い、まだ背面切削されていないウェハのために使用されるので、互いに粗悪にボンディングされたウェハは後の再作業プロセスにおいて再び互いに分離することができる。分離、即ち互いに粗悪にボンディングされたウェハの「再作業」は、特に、後に行われるウェハ処理ステップの前に行われるのが好ましい。その後、もはやいかなる措置によっても互いに分離することができない程強い永久結合が両ウェハ間で形成される。この方法は所定のウェハ材料に限定されるものではない。従って、種々様々な材料から成る全ての種類のウェハを使用することができる。半導体産業では、半導体材料から成るウェハが主に使用される。特に以下のような、セラミック、金属、プラスチックから成る材料も考慮される。
−Ｓｉ、ＧＥ、ＧｅＡｓ、ＩｎＰ等
−Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ等
−ポリマ
−セラミック
−複合材料

本発明による「構造」としては、特にアライメントマーク、ウェハ上の電子構成部品、ダイス、ＩＣ構造体、エッジが考えられる。この場合、「構造」は好適には種々様々であるが、さらに好適には互いに相補的に形成されている。

距離を検出するための本発明による検出装置は、特に、各光学装置を相応の構造に焦点合わせしてから、上記構造の位置を互いに相対的に検出し、割り当てることができる。

光学装置の本発明による構成部分は特に、プリズム、ミラー（変向手段）及び／又はレンズであって良い。プリズムは好適には、反射プリズム及び／又は偏光プリズムとして形成されている。レンズは、１よりも、特に２よりも、好適には５よりも、さらに好適には１０よりも、さらに好適には１００よりも、極めて好適には１０００よりも大きな拡大率を有している。この場合、レンズは、各光学装置のレンズと、各基板若しくは検出すべき各構造との間の間隔ができるだけ小さくなるように形成されている。光路に関する言及は、本発明によれば、光路区分も意味する場合がある。ミラーは、光路の変向・方向付けに用いられる。光学系の上記構成部分の位置及び／又はアライメントは、光学系の内側で（即ち、光学座標系に関して）固定可能である。

本発明の一側面はまた、特に両光学装置の光路の重畳又は光路を一緒に案内することにより、必ずしも構造間の実際の間隔が測定されるわけではなく、虚像の又は光学装置によって投影された間隔が測定されることにある。何故ならば、本発明によれば単に、間隔変化の正確な検出が重要であるからである。

本発明の好適な構成によれば、装置は、第１の光学装置と第２の光学装置（又は複数の光学装置）を互いにキャリブレーションするためのキャリブレーション手段を有している。従って本発明による装置は、種々様々な基板及び構造間隔に合わせて調節することができる。

第１の光路及び／又は第２の光路（又は相応に複数の光路）が調節可能に形成されているならば、本発明による装置は、特に、基板上に種々異なる構造を備えた種々様々な基板又は基板タイプのために柔軟に使用することができる。この場合、光路の調節が、各光学装置のレンズ、特に光学装置につき１つのレンズの調節により行われるならば好ましい。この場合、好適には６の自由度、即ち、変換の３の自由度と回転の３の自由度が設けられている。

第１の光路と第２の光路が互いに相対的に位置固定可能に形成されているならば特に好ましい。何故ならばこれにより、第１の構造と第２の構造の距離は２つの測定の間で調節不能であるので、間隔変化の検出の際に最大の精度が得られるからである。

本発明の別の側面によれば、基板に対して相対的に第１の光学装置と第２の（又はさらに別の）光学装置とを共通して動かし支持するための、特に振動緩衝を行う、かつ／又は熱的に絶縁された支持装置が設けられている。このようにして、光学装置は、互いに相対的に（即ち、光学座標系で）行われる位置固定にもかかわらず、可動なままである。

さらに好適には、検出装置は１つのカメラ、特に１つのデジタルカメラを有しており、該カメラにより、第１の構造と第２の構造を第１の光学装置及び第２の光学装置を介して、特に一緒に、好適には同時に、検出することができる。検出装置は、第１の構造の位置及び第２の構造の位置に関するデジタル値又はデジタル化された値を得て、この値から、両構造間の距離、特にＸ方向の距離及びＹ方向の距離を別個に、即ちｄｘ１とｄｙ１とを求める。

特に第１の光学装置及び／又は第２の光学装置の変向手段により第１の光路と第２の光路とが、検出手段による距離の検出のために一緒にされるように方向付けられるならば、第１の構造と第２の構造の同時的な検出が、可能な限り大きな解像度の場合に、両構造の間の距離が大きいにも関わらず（即ち、それぞれ個々の光学装置の検出領域よりも大きいにも関わらず）可能である。

本発明の別の有利な構成によれば、本発明による装置によって、基板表面に沿って分配された複数の検出対（それぞれ第１の構造と第２の構造とを有する）の複数の間隔を検出することができ、これを各検出対に割り当てることができる。このようにして、基板における個々の形状変化が検出されるだけでなく、変化のベクトルとして、即ち、応力マップ及び／又は延伸マップのような形状変化マップが各基板について求められ、これを基板のさらなるプロセスのために使用することができる。

本発明による構成の部分の材料は熱負荷に対して耐性が高い。特にこの材料は、ゼロに近い熱膨張係数を有しており、最善の場合には、熱膨張係数はゼロである。この関係では、インバー（商標）合金の使用が挙げられる。

本発明による光学系の使用可能性は多岐にわたる。ボンディング過程前及び後の表面の構造の測定が考えられる。この場合、本発明による光学系は、検出したいウェハを透過することができる電磁ビームの放射源と組み合わされる。ボンディング前及び後の構造の測定により、最良の場合、ボンディング中の、即ちインシトゥ（in-situ）の２つの構造の測定により、構造の相互のずれ、即ちひずみを測定することができる。このような測定の理由は、半導体工業によりますます促進され求められているアライメント精度にある。アライメント精度は、互いにボンディングされる構造が小さくなるほど重要になる。このようなボンディング過程後に、歪みが大きすぎることが確認されると、このウェハを再び互いに分離して、再使用することができる。

好適な構成によれば、基板表面と単数又は複数の光学装置との間に、検出中の屈折率を変更するための、特に液体の、流体がもたらされる。

全ての光学経路に、種々様々なフィルタを取り付けることができる。好適な構成では、半影フィルタ及び／又は偏光フィルタが使用される。さらに、個々の光路を順次に接続・遮断することにより画像室（若しくは検出装置における重畳画像）における構造の認識を容易にするために、光学経路を完全に遮断するフィルタを組み込むこともできる。目的に合った特性を満たす当業者に公知の全ての別のフィルタも考えられる。

装置的な特徴が、方法的特徴を含む又は説明している場合は、これは方法的に開示されているとみなされるべきであり、逆のことも同様である。

本発明のさらなる利点、特徴、構成は、以下に図面に基づく説明、特許請求の範囲、添付の図面により明らかである。

複数の検出フィールを備えた基板を示した平面図である。 構造を有する２つの検出フィールドから成る１つの検出対を示す詳細図である。 第１の構造のイメージと第２の構造のイメージとの間の第１の距離を検出する際の、本発明による装置を概略的に示した横断面図である。 本発明の第１の構成による、図２ａに示したイメージ間の距離を評価し算出するための、（図２ａによるイメージを有した）検出された画像を概略的に示した図である。 １つの処理ステップ後に、第１の構造のイメージと第２の構造のイメージとの間の第２の距離を検出する際の、本発明による装置を概略的に示した横断面図である。 図３ａに示したイメージ間の距離を評価し、算出するための（図３ａによるイメージを有した）検出装置により検出された画像を概略的に示した図である。 ３つの光学装置を有した本発明の第２の構成を概略的に示した横断面図である。 図４ａに示したイメージ間の距離を評価し、算出するための（図４ａによるイメージを有した）検出装置により検出された画像を概略的に示した図である。 ２つの光学装置とフィルタ装置とを有した本発明の第３の構成を概略的に示した横断面図である。 相前後して配置された光学系を有した本発明の第４の構成を概略的に示した斜視図である。

図面において同じ又は同じ機能を有する構成部分には同じ符号を付与する。

図１ａには、基板１６の基板表面１６ｏの平面図が示されており、この基板１６は複数の検出フィールド１７を有している。これらの検出フィールド１７のうちの２つの検出フィールド１７が１つの検出対１８を形成する。この場合、検出対１８は２つ（又はそれ以上）の任意の検出フィールド１７であって良いが、好適には隣接する検出フィールド１７である。検出対１８の各検出フィールド１７上には、図１ｂに示したように少なくとも１つの構造１４，１５がそれぞれ設けられている。図１ｂの左側の検出フィールド１７には第１の構造１４が、右側の検出フィールド１７には第２の構造１５が設けられている。本発明によれば第１の構造１４は、第２の構造１５と異なるものであり、特に、第２の構造１５を補完するものである。これにより構造１４，１５の区別・識別を簡単に行うことができる。しかしながら構造１４，１５は同じ形状及び／又はサイズを有していても良く、即ち合同であっても良い。

単数又は複数の構造１４，１５を備えた検出フィールド１７若しくは検出対１８が、基板１６の１つの基板表面１６ｏ上に多数分配されているほど、基板表面１６ｏに沿った若しくは基板表面１６ｏに平行な基板の形状変化をより正確に確認することができる。

検出フィールド１７は特にダイシングシートであって良く、この場合、ダイシングシートの基準マークを同時に構造１４，１５として使用することができる。基準マークは、後工程で分離手段によって互いに分離される領域である。

図面に概略的に示した図は、装置の本発明による構成部分の機能を把握し易くするために縮尺に忠実に示されたものではない。このような理由から、本発明の記載に重要ではない又は関係のない構成部分、又はその機能が公知である構成部分は図面に示されていない。従って例えば、ここでは公知の基板支持体（チャック）を使用することができるので、基板チャックは図示されていない。さらに、装置のフレーム若しくはハウジングも、公知のフレームを使用することができるので図示されておらず、フレームは特に、第１の光学装置４と第２の光学装置７を、基板１６に対して相対的に、特に基板表面１６ｏに平行に一緒に動かし、支持する支持装置３を備えた光学系１の保持及び位置決めを行うロボットアームに結合されている。特に、支持装置３にはロボットアームが含まれて良い。

第１の光学装置４はレンズ６とプリズム５とを備えており、レンズ６は第１の構造１４の方向で、その端面４ｓをほぼ（間隔Ａを置いて）第１の構造１４に対して位置合わせ可能であり、これにより、第１の構造１４を含む検出フィールド１７は少なくとも部分的に、第１の光学装置４の光路１２によって、第１の光学装置４の検出領域１９において検出可能である（視野）。光路１２は特に集光レンズとして形成されたレンズ６を貫通して延在する。レンズ６は、基板表面１６ｏからレンズ６に入る平行でない光波を増大させ平行にするために用いられる。

第１の光学装置４は、装置の制御装置（図示せず）によって第１の構造１４に焦点を合わせることができる。

プリズム５及び／又は８は特に、好ましくは少なくとも部分的に非晶質の、さらに好ましくは傾斜面５ｓ及び／又は８ｓが非晶質のガラスプリズムである。これにより、光源によって発生させられる、構造１４，１５から反射された光波が、傾斜面５ｓ，８ｓで少なくとも部分的に反射される。これにより、構造１５から反射された光波（光路１３）はまず、傾斜面８ｓで（少なくとも部分的な反射により）光路１１へと変向される。光路１１の光波は、傾斜面５ｓで少なくとも部分的に光路１０へと変向・反射される。

光源は、検出装置２内に、又は本発明による構成の側方に、又は測定すべき基板の下方に位置している。即ち第２の場合、光は側方から入射し、第３の場合には、測定すべき基板は、光源の相応の波長域で透過性でなければならない。

同時に、構造１４から反射された光波（光路１２）は傾斜面５ｓ（反射面）で光路１０へと入り、この場合、変向は最小限であるか、好適には全く行われない。

従って、第１の光学装置４は、構造１４を含む視野を検出装置２で結像し、この場合、構造１４は、イメージ１４´として検出装置２によって検出可能である。

光源（図示せず）は、反射光源として、特に散乱光を発生させるように形成されていて良い。選択的に、基板１６透過性の光源を設けることもできる。光源は特にカメラ（検出装置２）に配設することができる。

第２の光学装置７には、第１の光学装置４と同様に、プリズム８とレンズ９とが設けられており、第２の光学装置７の光路１３は、第２の構造１５若しくは第２の構造１５を有する検出フィールド１７又は検出領域（視野）を検出可能に配置することができる。

第２の光学装置７に設けられたプリズム８は、光路１３を、第１の光学装置４のプリズム５の方向に変向された光路１１へと変向する。ここでは光路１１が光路１２と共に１つの共通の光路１０となるようにまとめられ、好ましくは高解像度の画像センサを備えたデジタルカメラである検出装置２へと到る。検出装置２は、図２ｂに示された画像を検出する。この画像は、第１の構造１４の拡大イメージ１４´と、特に相応に、第２の構造１５の拡大イメージ１５´とを同時に含んでいる。

図２ａのプリズム８は、ここに示された構成では、それ以外に透過性の光路を要さないので、ミラーによって置き換えることもできる。

第１の構造１４に対する第１の光学装置４の位置合わせ及び第２の構造１５に対する第２の光学装置７の位置合わせは、構造１４，１５が各光学装置４，７によって（検出領域若しくは視野において）完全に検出されるようにさえすれば良い。位置合わせは好適には基板１６（若しくは基板を支持する基板チャック）を動かすことにより行われ、位置合わせ中、光学装置４，７は位置固定されている。本発明によれば、光学装置４，７と基板チャックとの間で異なる方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、及び場合によっては回転）の位置合わせを分担することが考えられる。構造１４，１５の絶対位置の検出のために構造１４，１５に対して光学装置４，７を正確に位置合わせすることは省くことができ、この点に、本発明の利点がある。

検出装置２によって検出された、図２ｂに示したイメージ１４´，１５´を有する光学装置４，７の両検出領域の重畳画像を評価して、第１の構造１４のイメージ１４´の、第２の構造１５のイメージ１５´に対するＸ方向の距離ｄｘ１を求めることができる。同様に、Ｘ方向に対して垂直なＹ方向（両者とも、基板表面１６ｏに対して平行である）の距離ｄｙ１を求めることもできる。これらの距離ｄｘ１，ｄｙ１は、一般に、基板表面１６ｏ上の構造１４，１５の実際の距離に相当するものではない。

付加的に、第１の光学装置４と第２の光学装置７とを互いに予めキャリブレーション（校正）しておくことにより、光学的なパラメータ、特に、変向光路１１の長さＬを規定し、求めることで、構造１４，１５の間の実際の距離Ｂを計算することができる。長さＬは、視界の領域の長さ及び／又は幅よりも好適には３倍、さらに好適には５倍、さらに好適には１０倍、さらに好適には１５倍大きい。

Ｙ方向で光路１２，１３の変向が行われず、光路１３が正確に平行にキャリブレーションされたならば、若しくは位置合わせされたならば、距離ｄｙ１は、レンズ９による拡大を除いては、構造１４，１５の間のＹ方向の実際の距離もしくはずれに相当する。しかしながら、本発明によれば距離ｄｘｎ，ｄｙｎの相対的な算出が行われるので、これは不要であり、光学装置４，７の検出空間内の構造を含み、（検出するために）焦点を合わせるためには、本発明によれば光学装置４，７の位置合わせを大雑把に行うだけで良い。

光学装置４，７のキャリブレーション若しくは調節のために、少なくとも第２の光学装置７は、Ｘ方向及びＹ方向で移動可能であって、これにより光学装置４，７は、構造１４，１５が各光路１２，１３内に位置し、検出可能であるように互いに相対的に位置決めされる。この場合、第２の光学装置７は、支持装置３に対して相対的に動かされるが、第１の光学装置４は支持装置３に対して位置固定されている。第１の光学装置４は、支持装置３の移動により、Ｘ方向及びＹ方向で、第１の構造１４が光路１２によって包括され、第１の光学装置４の検出領域１９内に位置するまで動かされることができる。次いで第２の光学装置７が、上述したように、第２の構造１５が光路１３内に位置し、対応する検出領域１９´（視界）内に位置するまで動かされる。

Ｚ方向での移動は、構造１４，１５検出の際に構造１４，１５に対する光学装置４，７の距離が、できるだけ僅かに、特に標準的になるように（第２の光学装置７の端面７ｓに対して端面４ｓを整合するように位置合わせしながら）、調節するために行われる。Ｚ方向での移動により、焦点合わせかつ／又は作業間隔の調節が行われる。当業者にはこのような間隔は、英語の専門用語では「working distance」として知られている。

光学装置４，７、検出装置２、支持装置３、又は基板チャックの操作は、駆動手段（図示せず）を介して行われ、制御装置によって制御される。

第２の光学装置７は、上記位置に達すると、第１の光学装置４に対して位置固定される。

第１の光学装置４と第２の光学装置７のレンズ６，９は、プリズム５，８の方向で光路１２，１３の焦点合わせ及び正確な調節・キャリブレーションを可能にするために、好適には６の自由度を有している。

光路１２，１３は好適には互いに平行かつ、基板表面１６ｏに対して垂直にプリズム５，８まで延在している。光路１２はプリズム５を通り方向変更せずに光路１０に移行するが、光路１３は、プリズム８（又はミラー）により変向された光路１１として、光路１２の方向へ方向変更される。変向は好適には、光路１３に対して正確に直角に行われる。

変向された光路１１は、プリズム５からの光路１２の出口領域若しくは光路１２の光路１０への移行部でプリズム５にぶつかり、ここで、光路１１は光路１２と共に光路１０へと入るように合流するようにここで変向され、即ち検出装置２の方向に変向される。光路１０は好適には、光路１１に対して直角である。

このようにして構造１４，１５を、検出装置２で重畳画像を形成するようにまとめて、評価することができる。評価は、特に検出装置２に組み込まれた、又は検出装置２に論理的に接続された制御装置によって行われる。

適当な形式で、複数の検出対１８を、基板表面１６ｏに沿って検出することができ、それぞれ検出対を成す対応する第１の構造１４と第２の構造１５とのその都度の相対的な距離と、基板表面１６ｏ上における位置を記憶することができる。

次いで、基板１６には、１つまたは複数の処理ステップが実行され、この処理ステップにより、特にＸ方向及びＹ方向で基板１６の形状変化が生じる場合がある。このような形状変化は、延伸・歪みと言われる。

図３ａ及び図３ｂに示した方法ステップでは、距離ｄｘ１及びｄｙ１の上記検出に応じて、記憶された検出対１８の変化する可能性のある距離ｄｘ２，ｄｙ２が測定される。この場合、第１の光学装置４又は第２の光学装置７を、第１の構造１４又は第２の構造１５に対して再び正確に同じように位置決めする必要は必ずしもない。単に、構造１４，１５が、光学装置４，７によって、各検出領域１９，１９´（視界）において検出可能であれば良い。さらに重要なのは、光学装置４，７が、距離ｄｘ１，ｄｙ１の検出を行う図２ａ，図２ｂに示した第１の検出の場合と互いに同じ位置をとり、光路１２，１３，１１，１０が同様に延在していることである。

距離ｄｘ２，ｄｙ２の検出後、Ｘ方向での変化（δｘ＝ｄｘ２−ｄｘ１）とＹ方向での変化（δｙ＝ｄｙ２−ｄｙ１）を計算することができ、計算されたベクトルから、基板表面１６ｏに沿った基板１６の形状変化が推量される。これにより、複数の検出対１８における複数の距離変化の算出により、各基板１６の形状変化マップ若しくは延伸マップ及び／又は歪みマップが得られる。これを、基板１６のさらなる処理のために、特に基板１６を別の基板１６に対して正確に位置決め及びアライメントするために使用することができる。従って収量（ｙｉｅｌｄ）を著しく高めることができる。

構造１４，１５は、好適には、光学装置４，７、特にレンズ６，９の焦点に位置している。本発明による装置は、光学的な光、赤外線、Ｘ線を用いて、反射モード又は透過モードで作動することができ、使用される基板材料の反射特性及び／又は透過性特性によってのみ限定される。従って、本発明による光学系１と共に使用される相応の検出器及び／又は光源は、測定すべきシステムの同じ側又は相反する側に位置していて良い。赤外線放射を使用する場合、その波長は好適には、１０００ｎｍよりも大きく、さらに好適には１０５０ｎｍより大きく、さらに好適には１７００ｎｍよりも大きく、特に１０μｍよりも小さい。特別な構成では、光学系は、共焦点顕微鏡の部分であって良く、特に共振点レーザー走査型顕微鏡の部分であって良い。特別な使用例ではレーザーは光源として使用することができる。

構造１４，１５を検出する際の支持装置３若しくは光学装置４，７の端面４ｓ，７ｓから基板表面１６ｏまでの距離Ａは、好適には、構造１４，１５間の実際の距離よりも小さい。さらに前記距離Ａは、変向光路１１の長さＬよりも小さい。

図４ａ，図４ｂに示した本発明の別の構成では、光学系１´は２つよりも多い（ここでは３つの）光学装置４，７，２１を有していて、１つのステップで、光学系１´によって形成される、複数の構造１４，１５，２０の複数のイメージ１４´，１５´，２０´を検出装置２で同時に検出することができ、構造間の距離若しくは距離変化を迅速に算出できる。

レンズ２３と、光路２６へ光路２７を変向するための傾斜面２２ｓを備えたプリズム２２（又はミラー）とを備えた第３の光学装置２１の機能は、図２ａ、図２ｂ、図３ａ、図３ｂについて上述した第２の光学装置７と同様であって、光路２６は、プリズム８の傾斜面８ｓを少なくとも部分的に通り過ぎた後、少なくとも部分的に光路１１と一緒になる。

従って、図４ｂに示したような画像が検出装置２において得られ、検出装置２ではイメージ１４´，１５´，２０´が検出され、特に制御装置によって、この画像からイメージ１４´，１５´，２０´間の距離及び／又は距離変化が算出される。

別の構成（図示せず）では、（この場合中央の）光学装置４の光路１０は好適には、光学系１の重心点を通っており、この光学系１のその他の光学装置は好適には、中央の光学装置４を中心として対称的に配置されている。このようにｎ倍の光学系を使用することにより、全体でｎ個所を同時に分析することができる。これにより、前撮影及び後撮影することにより、光学系に関する試料保持体の回転精度に関する補正を求め、計算することもできる。その後、相応の補正措置により、光学系と試料保持体との間の相対回転を、できるだけ小さな誤差で行うことができる。特に、ｎ倍の光学系を備えたシステムで各光学系を個々に照明することができることも明らかである。

本発明の構成では重畳画像を好適にはデジタルで記憶することができ、これによりこれらの画像をデジタル的に分析し、かつ／又は後処理（特にコントラスト向上）を行うことができる。デジタル保存された画像の使用、評価、適当なソフトウェアアルゴリズムによる解像度を上げるための調整についてもこの場合公知である。

特に上記構成と組み合わせることができる図５に示した本発明による別の構成では、検出を最良にするためにフィルタ２４，２４´，２５が設けられている。これらのフィルタは、半影フィルタ及び／又は偏光フィルタとして形成することができる。例えば、イメージ１４´，１５´（及び場合によっては２０´）を対応する構造１４，１５（及び場合によっては２０）に配属させるために、フィルタ２４，２４´，２５をその都度の光路１０，１１，１２，１３（及び場合によっては２６，２７）に移動させることができる。フィルタ２４が光路１２内に入る（又は有効にされる）と、検出装置２の画像にはイメージ１５だけがまだ見えている。イメージ１４´はフィルタ２４によって「吸収」され、フィルタ２４が光路１２から外されると（又は無効にされると）再び見えるようになる。同様なことが、光路１３若しくは１１用のフィルタ２４´若しくは２５にも言える。

特別な構成では、上述した本発明による複数の光学系を、複数の光学系１，１´，１´´を相前後して接続するために新たな構成において組み合わせることができる。この場合、２つの下方の光学系１，１´´の重なる光路１０，１０´´は、光学系１´´用のそれぞれ新たな出射ビーム１２´´，１３´´となる（図６）。光学系１´´は光学系１，１´と同様に構成されており、（レンズ６，９と同様の）レンズは省くことができる。従って、図示の構成では、４つの異なる、特に隣接する検出領域１９が検出され、その構造１４，１５，２９（及び別の図示されていない構造）は検出装置へと結像される。画像は、上記構成と同様に、場合によっては図５に示したフィルタと組み合わせて評価可能である。

このように重ねられた「多重光学系」は、２つの構造よりも多い構造を同時に検出できる。

１，１´，１´´ 光学系
２ 検出装置
３ 支持装置
４ 第１の光学装置
４ｓ 端面
５ プリズム
５ｓ 傾斜面
６ レンズ
７ 第２の光学装置
７ｓ 端面
８ プリズム（又はミラー）
８ｓ 傾斜面
９ レンズ
１０，１０´，１０´´ 光路
１１，１１´，１１´´ 光路
１２，１２´，１２´´ 光路
１３，１３´，１３´´ 光路
１４ 第１の構造
１５ 第２の構造
１６ 基板
１６ｏ 基板表面
１７ 検出フィールド
１８ 検出対
１９，１９´ 検出領域
２０ 別の構造
２１ 別の光学装置
２２ プリズム（又はミラー）
２２ｓ 傾斜面
２３ レンズ
２４，２４´ フィルタ
２５ フィルタ
２６ 光路
２７ 光路
ｄｘ１，ｄｙ１ 第１の距離
ｄｘ２，ｄｙ２ 第２の距離
Ａ 距離
Ｂ 距離
Ｄ 直径
Ｌ 長さ

Claims (9)

1. 基板表面（１６ｏ）上に配置された構造（１４，１５，２０）のイメージを検出する少なくとも１つの検出装置（２）と、
   前記検出装置に、前記構造（１４，１５，２０）を結像するための少なくとも２つの異なる光路（１０，１１，１２，１３，２６，２７）を備えた少なくとも２つの光学装置（４，７，２１）から成る光学系と、
   を備えた、前記基板表面（１６ｏ）に対して平行な基板（１６）の形状変化を測定する装置であって、
   該装置によって、前記構造（１４，１５，２０）の前記イメージ（１４´，１５´，２０´）間の距離（ｄｘ１，ｄｙ１，ｄｘ２，ｄｙ２，ｄｘｎ，ｄｙｎ）及び／又は前記距離（ｄｘ１，ｄｙ１，ｄｘ２，ｄｙ２，ｄｘｎ，ｄｙｎ）の変化が測定可能である、即ち、前記光路（１０，１１，１２，１３，２６，２７）を重ね合わせる又は一緒に案内することにより測定可能であり、
   前記基板表面（１６ｏ）に沿って分配された、前記構造（１４，１５，２０）の複数の検出対（１８）の複数の距離を検出することができ、これらの距離を各検出対（１８）に対応させて記憶することができることを特徴とする、基板の形状変化を測定する装置。
2. 前記基板表面（１６ｏ）又は、前記基板（１６）を保持する基板チャックに対して前記光学系をキャリブレーションするキャリブレーション手段を有している、請求項１記載の装置。
3. 前記光路（１０，１１，１２，１３，２６，２７）の少なくとも１つが調節可能に形成されている、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記光路（１０，１１，１２，１３，２６，２７）が互いに相対的に位置固定可能に形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記光学装置（４，７，２１）を支持し、かつ前記基板（１６）に対して相対的に一緒に動かす、振動減衰性のかつ／又は断熱性の支持装置（３）が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記検出装置（２）は単一のカメラを有しており、該カメラにより、前記構造（１４，１５，２０）のイメージ（１４´，１５´，２０´）を一緒に検出可能である、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 前記光路（１０，１１，１２，１３，２６，２７）は、前記光学装置（４，７，２１）の変向手段（５，８，２２）によって、前記検出装置（２）において前記構造（１４，１５，２０）を結像するために１つにまとめるように方向付けられることができる、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 前記光学装置（４，７，２１）は、前記基板表面（１６ｏ）に面する少なくとも１つの端面（４ｓ，７ｓ，２１ｓ）で互いに、前記基板表面（１６ｏ）に対して平行に整列して配置されている又は配置可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 少なくとも２つの光学装置（４，７，２１）から成る、少なくとも２つの異なる光路（１０，１１，１２，１３，２６，２７）を有する光学系を、基板表面（１６ｏ）上に配置された構造（１４，１５，２０）を検出装置（２）に結像するために位置調整するステップと、
   前記構造（１４，１５，２０）のイメージ（１４´，１５´，２０´）を前記検出装置（２）によって検出するステップと、
   前記基板（１６）を処理するステップと、
   前記構造（１４，１５，２０）のイメージ（１４´，１５´，２０´）を前記検出装置（２）によって検出するステップと、
   前記イメージ（１４´，１５´，２０´）間の距離（ｄｘ１，ｄｙ１，ｄｘ２，ｄｙ２，ｄｘｎ，ｄｙｎ）及び／又は前記距離（ｄｘ１，ｄｙ１，ｄｘ２，ｄｙ２，ｄｘｎ，ｄｙｎ）の変化を、前記基板の前記処理の前及び前記処理の後に、前記光路（１０，１１，１２，１３，２６，２７）を重ね合わせる又は一緒に案内することにより測定するステップと、
   前記基板表面（１６ｏ）に沿って分配された、前記構造（１４，１５，２０）の複数の検出対（１８）の複数の距離を検出するステップと、
   これらの距離を各検出対（１８）に対応させて記憶するステップと、
   を有することを特徴とする、基板表面（１６ｏ）に対して平行な基板（１６）の形状変化を測定する方法。

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