JP2008083059A - Measuring system and measuring device for wafer - Google Patents

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David S Marx
エス.マルクス デーヴィット
David L Grant
エル.グラント デーヴィット
Michael A Mahoney
エー.マホーニー マイケル
Tsan Yuen Chen
ユエン チェン ツァン
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely measure the thickness, degree of planarity, and trench depth provided to a wafer. <P>SOLUTION: The method and device which measure the thickness, the degree of the planarity and the trench depth etched into the wafer. The trench is measured actually as a projection part actually by seeing the trench from a back side of the wafer at the measurement. Measurement is performed in a front side and the back side by a non-contact type optical instrument. This non-contact type optical instrument carries out simultaneous measurement of the wavelengths of the front side and of the back side. The distance between the wavelengths is converted into a measured value of the thickness. A near infrared beam as a light source is used for the measurement of the thickness and the trench depth of silicon wafer. The thickness, the degree of the planarity and the local shape can be measured by a calibration method, using a pair of optical styli. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、広くは、半導体製造に使用されるシリコン・ウェーハの測定分野に関わり、具体的には、薄手のウェーハの厚さ、平面度、局所形状、更にウェーハにエッチングされたトレンチの深さの測定に関するものである。   The present invention relates generally to the field of measurement of silicon wafers used in semiconductor manufacturing, specifically thin wafer thickness, flatness, local shape, and trench depth etched into the wafer. Is related to the measurement of

半導体の製造時には、製作者はシリコン・ウェーハのブランクから出発する。多くの工程がブランクに実施された後、半導体は完成するが、これらの多くの工程にはウェーハ上にフォトマスク画像を形成する作業が含まれている。種々の画像は、極めて精密に互いに重ならなければならない。ウェーハ上の特徴構造(features)の寸法が収縮するため、各層を重ねるには高い精度が要求される。   When manufacturing semiconductors, the manufacturer starts with a blank of the silicon wafer. After many steps have been performed on the blank, the semiconductor is complete, but many of these steps involve forming a photomask image on the wafer. The various images must overlap each other with great precision. Since the dimensions of the features on the wafer shrink, high accuracy is required to overlay each layer.

その場合、ウェーハ上に設けられている特徴構造の寸法は、ウェーハの形状さえも、往々にしてフォト工程の質に影響するほど緻密な水準にある。ポテトチップ形状のウェーハを想像して見るといい。光学装置は一度に全表面に集束することができないため、ウェーハには複数のマスクが決して整合し得ないほどそりが残ることになる。この種の問題があって生産高が落ちることから、半導体製造者には大きな損失が生じる。ウェーハの平面度及び厚さを精密かつ確実に測定する器械があれば、製造者が加工工程を改善し、かつ高い生産性で、より高品質のICを製造する助けとなるだろう。   In that case, the dimensions of the feature structures provided on the wafer are so fine that even the shape of the wafer often affects the quality of the photo process. Imagine a potato chip shaped wafer. Since the optical device cannot focus on the entire surface at once, the wafer will be warped so that multiple masks can never be aligned. This type of problem causes a drop in production, resulting in significant losses for semiconductor manufacturers. An instrument that accurately and reliably measures the flatness and thickness of a wafer will help manufacturers improve the manufacturing process and produce higher quality ICs with higher productivity.

ウェーハの厚さ測定で最も普及している現行の技術はキャパシタンス試験と呼ばれるものである。ウェーハが2つの電極間に置かれ、間のウェーハ材料にキャパシタンスの変化が生じる。このキャパシタンス変化が、電極間の材料の量及び種類の直接の測定値となる。   The most popular current technique for measuring wafer thickness is called capacitance testing. A wafer is placed between the two electrodes, causing a change in capacitance in the wafer material in between. This capacitance change is a direct measure of the amount and type of material between the electrodes.

多年、この技術により信頼できる成績が得られてきた。だが、この技術の限界及び欠点は、要求される測定精度が増し、ウェーハが以前より著しく薄手になるにつれ、つい最近になって、かなり大きいものになってきた。   For many years, this technology has yielded reliable results. However, the limitations and drawbacks of this technique have become much larger only recently as the required measurement accuracy has increased and wafers have become significantly thinner than before.

この技術の欠点の1つは、ウェーハ材料の特性、例えば相対誘電率についての詳しい必要な情報が必要とされる点である。このことは、ウェーハが多くの材料を有していたり、はんだによる突出部を有している場合、往々にして問題になる。   One disadvantage of this technique is that detailed information is required about the properties of the wafer material, such as the relative dielectric constant. This is often a problem if the wafer has a lot of material or has solder protrusions.

別の欠点は、キャパシタンス・センサの寸法が相対的に大きいため、厚さを測定できる箇所の数が少ないことである。通常、測定箇所の数は、10.16cm(4インチ)のウェーハの場合、約10箇所、30.48cm(12インチ)のウェーハの場合は、約30箇所である。製造者は、理想的には、少数の箇所についてだけでなく、ウェーハ全体についての詳細な高さ及び厚さの情報を知りたいだろう。加えて、測定精度も問題である。これは、測定値が、事実上、キャパシタンス・センサの測定範囲での平均厚さだからである。   Another drawback is that the number of locations where the thickness can be measured is small due to the relatively large dimensions of the capacitance sensor. Typically, the number of measurement points is about 10 for a 10.16 cm (4 inch) wafer and about 30 for a 30.48 cm (12 inch) wafer. The manufacturer would ideally want to know detailed height and thickness information for the entire wafer, not just for a few locations. In addition, measurement accuracy is a problem. This is because the measured value is effectively the average thickness over the measuring range of the capacitance sensor.

キャパシタンス・センサの測定範囲は、通常、直径約1.27cm(1/2インチ)である。しかし、より重要な点は、キャパシタンス・センサの解像力が、製造業者の厳しい要求の高まりに、もはや十分に満足を与えるほど精密ではなくなっている点である。最近世代のウェーハの厚さは800−200マイクロメートルであり、将来世代のウェーハは40マイクロメートル程度の厚さになると予想されるから、測定精度は0.1マイクロメートル以下であることが必要である。   The measurement range of a capacitance sensor is typically about 1/2 inch in diameter. More importantly, however, the resolution of the capacitance sensor is no longer accurate enough to satisfy the increasing demands of the manufacturer. The thickness of the latest generation wafer is 800-200 micrometers, and the wafer of the future generation is expected to be about 40 micrometers thick, so the measurement accuracy needs to be less than 0.1 micrometers. is there.

薄手のウェーハの厚さ測定の問題に関連して、ウェーハに形成されるトレンチの深さ測定が問題になる。半導体ウェーハを、集積回路、微細電気機械システム(MEMS)、集積光通信デバイス等のデバイスに加工する場合、製造業者は多くの加工工程を実施するが、それらの工程のなかには、ウェーハにトレンチをエッチングする作業が含まれている。前記デバイスの多くの場合、エッチングされたトレンチの深さは、完成デバイスの適正な性能にとって決定的に重要であり、製造業者は、通常、その深さの測定を望んでいる。しかし、現在のトレンチ測定方法には大きな限界がある。   In connection with the problem of measuring the thickness of a thin wafer, measuring the depth of a trench formed in the wafer becomes a problem. When a semiconductor wafer is processed into a device such as an integrated circuit, a micro electro mechanical system (MEMS), or an integrated optical communication device, a manufacturer performs many processing steps, and in these steps, a trench is etched in the wafer. Work to be included. In many of the devices, the depth of the etched trench is critical to the proper performance of the finished device, and manufacturers usually want to measure that depth. However, current trench measurement methods have significant limitations.

MEMS製品は、通常、垂直に近い側壁を有する深く狭いトレンチ区域を備えた3次元構造を内包している。典型的な例は、5マイクロメートル幅、100マイクロメートル深さにエッチングされたトレンチであり、これらの特性を有するMEMSデバイスには、センサ、アクチュエータ、RFデバイス、例えば誘導子や櫛形スイッチ等がある。これらのデバイスすべての特徴は、可動機械部品を分離するために、深い垂直のトレンチをエッチング加工する必要がある点であり、指状の特徴構造は、きわめて普通である。   MEMS products typically contain a three-dimensional structure with deep and narrow trench areas with nearly vertical sidewalls. A typical example is a trench etched to 5 micrometers wide and 100 micrometers deep, and MEMS devices having these characteristics include sensors, actuators, RF devices such as inductors and comb switches. . A feature of all these devices is that deep vertical trenches need to be etched to isolate moving mechanical parts, and finger-like features are quite common.

MEMSデバイスの製造業者は、現在のところ、エッチングされた高アスペクト比のトレンチの深さを非破壊的に測定する精密かつ安価な方法を有していない。製造業者は、ワーキング・デバイスを製造するさい、エッチングの全深さにわたって精密制御する必要があり、エッチング深さの測定は、加工の進行や制御にとって極めて重要である。しかし、現在の計測技術では、高アスペクト比のトレンチ深さを迅速かつ精密に測定することはできない。したがって、高アスペクト比のトレンチ、例えば狭い指状構造のトレンチのエッチング深さを迅速かつ精密に測定する非接触計測器械が開発されれば、加工の進行と制御の点で、MEMS製造業者には多大の利益が与えられるだろう。   MEMS device manufacturers do not currently have a precise and inexpensive method for non-destructively measuring the depth of etched high aspect ratio trenches. Manufacturers need to have precise control over the entire depth of etching when manufacturing a working device, and the measurement of the etching depth is critical to the progress and control of the process. However, current metrology techniques cannot quickly and accurately measure high aspect ratio trench depths. Therefore, if a non-contact measuring instrument that can measure the etching depth of a high-aspect ratio trench, for example, a narrow finger-shaped trench, quickly and precisely is developed, the MEMS manufacturer can improve the processing progress and control. There will be tremendous benefits.

集積回路には、しばしば、トランジスタ等の隣接回路デバイスを電気絶縁するために、ウェーハに深いトレンチをエッチングする必要がある。ウェーハ上の空間は、常に、重要な考慮の対象だが、トレンチの場合、必要な絶縁が得られるには十分に深くなければならない。このため、エッチングされるトレンチのアスペクト比は、技術の進歩につれて高くなる。現在、これらのトレンチは、幅1マイクロメートル以下、深さ6マイクロメートル以上である。加えて、これらのトレンチは、通常、どのような入射光をも吸収する丸み又は粗面を有する底部を有している。製造業者は、工程制御及び特徴把握のために、これらのトレンチ深さを測定する必要がある。現在、これらのトレンチを測定する唯一の方法は、ウェーハを切断する破壊式の方法である。   Integrated circuits often require deep trench etching in the wafer to electrically isolate adjacent circuit devices such as transistors. The space on the wafer is always an important consideration, but in the case of trenches it must be deep enough to obtain the necessary insulation. For this reason, the aspect ratio of the etched trenches increases as technology advances. Currently, these trenches are 1 micrometer wide and 6 micrometers deep. In addition, these trenches typically have a bottom with a rounded or rough surface that absorbs any incident light. Manufacturers need to measure these trench depths for process control and characterization. Currently, the only way to measure these trenches is the destructive method of cutting the wafer.

フォトニクスの集積デバイスは、通常、シリコンとは別の材料上に製作されるか、又はシリコン上に「成長」する複数材料層で製作される。材料の例としては、SiC、InP、GaAIAs、窒化珪素が挙げられる。これらのデバイスは、導波管、レーザー、その他のフォトニクス・デバイスを形成するためのエッチング構造物である。エッチング構造物の形状パラメータは、フォトニクス・デバイスの性能にとって、極めて重要である。本発明は、前記の例のような極めて様々な材料の深いトレンチ、並びにウェーハの厚さを測定することに関わるものである。   Photonics integrated devices are typically fabricated on a material other than silicon, or fabricated with multiple material layers that “grow” on the silicon. Examples of the material include SiC, InP, GaAIAs, and silicon nitride. These devices are etching structures to form waveguides, lasers, and other photonics devices. Etch structure shape parameters are critical to the performance of photonics devices. The present invention is concerned with measuring deep trenches of a wide variety of materials, as in the examples above, as well as wafer thickness.

この種のトレンチ構造物に特有の極めて急勾配の側壁のため、針を用いるプロファイラーを用いる方法、又はその他の接触式の方法は、アスペクト比やこの性質の横方向寸法には適応できない。例えば原子力顕微鏡(AFM)や針式プロファイラーは不適である。なぜなら、針の先端がトレンチを貫通することはあっても、側壁に沿って移動することはできず、しかも、先端はトレンチを出るさいに破損すると思われるからである。   Due to the extremely steep sidewalls typical of this type of trench structure, methods using a needle profiler or other contact-type methods are not applicable to aspect ratios or lateral dimensions of this nature. For example, an atomic force microscope (AFM) or a needle profiler is not suitable. This is because even though the tip of the needle may penetrate the trench, it cannot move along the side wall, and the tip will appear to break upon exiting the trench.

表面高さを測定するための標準的な非接触光学器械は、共焦点顕微鏡、白色光干渉計、移相干渉計、3角計測器械である。これらの光学技術は、いずれも何らかの形式でトレンチを照射し、反射光を分析する形式を含んでいる。しかし、トレンチの急勾配の壁により、光の大部分がトレンチ底部に達することを妨げられる。加えて、エッチングされたトレンチのなかには、底部に丸み又は粗面を有するものもある。これらのトレンチに光が入射しても、完全に吸収されてしまうだろう。光が戻って来なければ、おそらく、どんな分析方法でもトレンチ深さは計測できないだろう。これらの基本問題は別として、上記の非接触式測定方法の各々は、各方法に特有の問題を抱えている。   Standard non-contact optical instruments for measuring surface height are confocal microscopes, white light interferometers, phase shift interferometers, and trigonometric instruments. All of these optical techniques include a form in which the trench is irradiated in some form and the reflected light is analyzed. However, the steep walls of the trench prevent most of the light from reaching the bottom of the trench. In addition, some etched trenches have a rounded or rough surface at the bottom. If light enters these trenches, they will be completely absorbed. If the light does not come back, the trench depth is probably not measurable by any analysis method. Apart from these basic problems, each of the above non-contact measurement methods has its own problems.

標準的な共焦点顕微鏡が役に立たないのは、トレンチが狭すぎる場合、トレンチ頂部からの信号が底部からの信号と混同されるためである。トレンチ幅が光源のピンホール寸法に近似し、集束点がトレンチ頂部にあるときには、底部にあるときと等量以上の光が検出されよう。このため、トレンチ底部が焦平面から離れていても、混同した信号が発生する。また、共焦点顕微鏡は動作が極めて緩慢だが、これは最良の焦平面を見出すために測定サンプルを軸方向に走査する必要があるからである。   The standard confocal microscope does not help because if the trench is too narrow, the signal from the top of the trench is confused with the signal from the bottom. When the trench width approximates the pinhole size of the light source and the focal point is at the top of the trench, more light than that at the bottom will be detected. For this reason, even if the trench bottom is away from the focal plane, a confused signal is generated. Also, the confocal microscope operates very slowly because it is necessary to scan the measurement sample axially in order to find the best focal plane.

白色光干渉計も、作業が緩慢で軸方向に走査を要する点で、同じような難点を有している。加えて、側壁と頂部からの散乱光のため、フリンジ信号が弱くなる。移相干渉計は全く役に立たないが、これは、位相アンラッピングが急勾配の側壁の検出に役に立たないからである。最後に、3角計測器械だが、これは、トレンチの方向に対して、光が側方からトレンチ内へ入射できるように入射ビームの方向を精密に制御できる場合にのみ、使用できる。この種の器械には、こうした制限があるので、使用には適していない。   White light interferometers have similar difficulties in that they are slow and require scanning in the axial direction. In addition, the fringe signal is weak due to scattered light from the sidewalls and the top. Phase-shifting interferometers are completely useless because phase unwrapping does not help detect steep sidewalls. Finally, a triangulation instrument, which can only be used if the direction of the incident beam can be precisely controlled relative to the direction of the trench so that light can enter the trench from the side. This type of instrument is not suitable for use because of these limitations.

以上述べた先行技術の方法のすべてに共通する点は、上方からトレンチを測定しようとする点、すなわち光学ビーム又は機械式の針がエッチングされた表面と等しい側からトレンチに接近する点である。   Common to all of the prior art methods described above is the point at which the trench is to be measured from above, i.e. the approach to the trench from the side equal to the etched surface of the optical beam or mechanical needle.

本発明の好適実施例は、ウェーハのトレンチ深さを測定する方法を教えるものである。この方法には次の複数段階が含まれている。すなわち、前面と背面とを有するウェーハの前面に設けられたトレンチの位置を顕微鏡により突き止める段階と、トレンチが非接触式光学器械からは事実上第2表面(背面)に設けられた突出部と見なされるように、非接触式光学器械を背面に面して配置する段階とが含まれており、該非接触式光学器械は、ウェーハを透過可能な光源を使用し、ウェーハの背面及び前面からの反射光を受光することで、前面がトレンチ内部を指示するようにされており、更に前記方法には、ウェーハを透過可能な波長域で1組の共焦点色センサを用いて突出部高さを測定する段階と、前面と背面との測定反射波長間の測定高さの差を変換することによって突出部高さを較正し、それによりトレンチ箇所でのウェーハの形状及び輪郭を検出する段階とが含まれている。   The preferred embodiment of the present invention teaches a method for measuring the trench depth of a wafer. This method includes the following steps: That is, a step of locating a trench provided on the front surface of a wafer having a front surface and a back surface by a microscope, and the trench is regarded as a protrusion provided on the second surface (back surface) from the non-contact optical instrument. And placing the non-contact optical instrument facing the back surface, the non-contact optical instrument using a light source that can transmit through the wafer and reflecting from the back and front surfaces of the wafer. By receiving light, the front surface indicates the inside of the trench, and the method further measures the height of the protrusion using a set of confocal color sensors in a wavelength range that can be transmitted through the wafer. And calibrating the protrusion height by converting the measured height difference between the measured reflection wavelengths at the front and back surfaces, thereby detecting the shape and contour of the wafer at the trench location. This There.

第2実施例は、薄手のウェーハの局所厚さを測定する方法に関わるものである。この方法には、前面と背面とを有するウェーハに設けられたトレンチの局所厚さ区域を顕微鏡により突き止める段階と、共焦点色センサが、ウェーハの一方の側に、前面及び背面からの反射光を同時受光するように配置される段階と、ウェーハを透過可能な波長域を使用する段階と、前面と背面の測定反射波長間の測定高さの差を変換することにより、ウェーハの局所厚さを較正し、それによってウェーハ局所厚さを決定する段階とが含まれている。   The second embodiment relates to a method for measuring the local thickness of a thin wafer. In this method, a local thickness area of a trench provided in a wafer having a front surface and a back surface is determined by a microscope, and a confocal color sensor transmits reflected light from the front surface and the back surface to one side of the wafer. The local thickness of the wafer is adjusted by converting the measurement height difference between the measured reflection wavelengths of the front and back surfaces, using the wavelength range that can be transmitted through the wafer, using the wavelength range that can be transmitted through the wafer. Calibrating and thereby determining the wafer local thickness.

第3実施例は、前面及び背面を有するウェーハのトレンチ深さ又は局所厚さを測定する装置である。この測定装置には、高さ測定用の非接触式光学器械と、事実上該光学器械の下に配置されるウェーハ位置決め用の固定手段と、ウェーハを透過可能な波長域の1組の光源とが含まれ、前記非接触式光学器械が、ウェーハの前面及び背面からの反射光を同時受光するようにウェーハの一方の側に配置され、更に、前記測定装置には、高さ測定用の非接触式光学器械による収集データを前面及び背面までの距離に変換する較正手段が含まれている。   The third embodiment is an apparatus for measuring the trench depth or local thickness of a wafer having a front surface and a back surface. This measuring apparatus includes a non-contact optical instrument for height measurement, a fixing means for positioning a wafer which is effectively disposed under the optical instrument, a set of light sources in a wavelength range capable of transmitting the wafer, And the non-contact optical instrument is disposed on one side of the wafer so as to simultaneously receive reflected light from the front and back surfaces of the wafer, and the measuring device further includes a height measuring device. Calibration means are included to convert the data collected by the contact optics into distances to the front and back.

上述の3実施例には、すべてシリコン・ウェーハが使用ができ、しかも、光源は、近赤外域の光源であり、900nm−1700nmの波長範囲を有しているが、これらの3実施例には、またGaAs,GaAIAs,InP,SiC,SiOその他も使用できる。 In all of the above three embodiments, a silicon wafer can be used, and the light source is a near infrared light source and has a wavelength range of 900 nm to 1700 nm. GaAs, GaAIAs, InP, SiC, SiO 2 and others can also be used.

上述の3実施例は、すべて非接触式光学器械として、次のいずれか1つを使用できる。すなわち、共焦点色センサ、白色光干渉計、移相干渉計、共焦点走査顕微鏡、レーザー3角計測器械である。トレンチ測定での共焦点色センサの使用は、本発明の発明者マークス及びグラントによる米国特許出願第2006/0109483号の主題だが、その技術は、ここに引用することで本発明に組み入れられることとする。共焦点色センサによる測定は、各波長が、異なる距離で集束するように、軸方向の分散を利用して行われる。次いで、センサは、最もよく反射した光の波長を検出することにより、反射面までの距離を測定する。   In the above-described three embodiments, any one of the following can be used as a non-contact optical instrument. That is, a confocal color sensor, a white light interferometer, a phase shift interferometer, a confocal scanning microscope, and a laser triangulation instrument. The use of confocal color sensors in trench measurements is the subject of U.S. Patent Application No. 2006/0109483 by inventor Marks and Grant of the present invention, but that technique is incorporated herein by reference. To do. Measurement with the confocal color sensor is performed using axial dispersion so that each wavelength is focused at a different distance. The sensor then measures the distance to the reflecting surface by detecting the wavelength of the most reflected light.

上述の実施例は、更に、高さ測定用の非接触式光学器械が較正手段を利用するという定義を基準にして変更することができる。該光学器械は、ウェーハの前面及び背面からの反射光の波長に対応する収集データと、対応する高さ差とを測定厚さに変換し、この測定厚さが、ウェーハのトレンチ深さ又は局所厚さを決定する。   The embodiments described above can be further modified with reference to the definition that a non-contact optical instrument for height measurement uses calibration means. The optical instrument converts the collected data corresponding to the wavelength of the reflected light from the front and back surfaces of the wafer and the corresponding height difference into a measured thickness, which is measured by the trench depth or locality of the wafer. Determine the thickness.

上述の各実施例は、更に、使用される光学器械が、予め指定されたサンプル速度及び密度で横方向にウェーハを機械式に走査するという定義を基準にして変更することができる。   Each of the above embodiments can be further modified based on the definition that the optical instrument used mechanically scans the wafer laterally at a pre-specified sample speed and density.

本発明の別の実施例は、薄手のウェーハの厚さ、平面度、局所形状を測定する方法に関わるものである。この薄手のウェーハは、前面と背面とを有している。この方法は、第1センサ及び第2センサからのウェーハの距離を較正する作業を含んでいる。この較正作業には、更に、第1と第2のセンサ間に、それも適当なホールダ内に、既知厚さのゲージブロックを配置し、かつ複数の平行な表面を包含させる作業が含まれている。第1と第2のセンサは、次いで、被検出表面がセンサ測定範囲の中央に位置するように、Z平面内で調節される。   Another embodiment of the invention involves a method for measuring the thickness, flatness, and local shape of a thin wafer. This thin wafer has a front surface and a back surface. The method includes calibrating the distance of the wafer from the first sensor and the second sensor. This calibration operation further includes placing a gauge block of known thickness between the first and second sensors, also in a suitable holder, and including a plurality of parallel surfaces. Yes. The first and second sensors are then adjusted in the Z plane so that the detected surface is centered in the sensor measurement range.

各高さセンサからの高さの応答は各個に較正される。センサから得られた高さは、その場合、既知角度の角度ゲージブロックが、第1と第2のセンサ間に、それも適当なホールダ内に配置される第1配置作業によって較正される。角度ゲージブロックの平らな表面は第1センサと直角にされ、第1センサに対し既知角度の表面が示される。次いで、角度ゲージブロックを180度回転させ、角度ゲージブロックの傾斜部を第1配置とは逆方向に配置し、角度ゲージブロックが第1センサと直角にされ、第1センサに対し既知角度の表面が示される。   The height response from each height sensor is calibrated individually. The height obtained from the sensor is then calibrated by a first placement operation in which an angle gauge block of known angle is placed between the first and second sensors, also in a suitable holder. The flat surface of the angle gauge block is perpendicular to the first sensor, and a surface with a known angle relative to the first sensor is shown. The angle gauge block is then rotated 180 degrees, the slope of the angle gauge block is placed in the opposite direction to the first arrangement, the angle gauge block is perpendicular to the first sensor, and a surface at a known angle relative to the first sensor. Is shown.

高さセンサの較正は、次いで数学的に変換され、それにより角度ゲージブロックの傾斜が計算される。次いで、角度ゲージブロックを回転させて、第2センサに向け、第1センサに適用されたような複数段階が反復される。ウェーハの局所厚さが測定されるが、この測定段階には、更にウェーハを適当なホールダ内に配置して、第1と第2のセンサがウェーハの両面から応答を受け取れるようにする作業が含まれている。   The height sensor calibration is then mathematically converted to calculate the slope of the angle gauge block. The angle gauge block is then rotated and directed toward the second sensor, and the steps as applied to the first sensor are repeated. The local thickness of the wafer is measured, and this measurement step further includes placing the wafer in a suitable holder so that the first and second sensors can receive responses from both sides of the wafer. It is.

適当なホールダ内に配置されたウェーハは、次いで予め定めた数の箇所を、各箇所個別に又は連続的に移動させられる。その場合、高さ値が各箇所で又は連続的に記録される。高さ値は、次いで、各箇所で又は連続的に厚さ値に変換される。ウェーハの形状と変化は、数学的に計算され、結果として得られた値は、コンピュータのスクリーン等のディスプレー装置を介して表示される。   A wafer placed in a suitable holder is then moved a predetermined number of locations individually or sequentially. In that case, the height value is recorded at each location or continuously. The height value is then converted to a thickness value at each location or continuously. The shape and change of the wafer is calculated mathematically and the resulting value is displayed via a display device such as a computer screen.

本発明の別の実施例は、薄手のウェーハの厚さ、平面度、局所形状を測定する装置である。ウェーハは前面と背面とを有している。この装置は、第1センサと第2センサからのウェーハの距離を較正する第1ステージを含んでいる。距離の較正には、更に第1と第2のセンサ間に、それも適当なホールダ内に、既知厚さのゲージブロックを配置し、かつ複数の平行な表面を包含するようにする作業が含まれる。   Another embodiment of the present invention is an apparatus for measuring the thickness, flatness, and local shape of a thin wafer. The wafer has a front surface and a back surface. The apparatus includes a first stage that calibrates the distance of the wafer from the first sensor and the second sensor. Distance calibration further includes placing a gauge block of known thickness between the first and second sensors, also in a suitable holder, and including multiple parallel surfaces. It is.

第1及び第2のセンサをZ平面内で調節することで、被検出表面がセンサの測定範囲の中央に位置するようにされる。前記装置は、センサにより得られた高さを較正するための第2ステージを含み、この高さ較正には、更に第1と第2のセンサ間に、それも適当なホールダ内に既知角度の角度ゲージブロックを配置する第一配置作業が含まれ、該角度ゲージブロックの平らな表面が第1センサと直角にされ、第1センサに対し既知角度の表面が示される。   By adjusting the first and second sensors in the Z plane, the surface to be detected is positioned at the center of the measurement range of the sensor. The apparatus includes a second stage for calibrating the height obtained by the sensor, which further includes a known angle between the first and second sensors, also in a suitable holder. A first placement operation for placing the angle gauge block is included, the flat surface of the angle gauge block being perpendicular to the first sensor, and a surface at a known angle relative to the first sensor is shown.

次いで、角度ゲージブロックが180度回転され、角度ゲージブロックの傾斜部が第1配置とは逆方向に配置され、角度ゲージブロックが第1センサと直角にされ、第1センサに対し既知角度の表面が示される。高さセンサの較正は、数学的に集成されて、前記角度ゲージブロックの傾斜が計算される。   The angle gauge block is then rotated 180 degrees, the slope of the angle gauge block is placed in the opposite direction to the first arrangement, the angle gauge block is perpendicular to the first sensor, and a surface at a known angle relative to the first sensor. Is shown. The height sensor calibration is mathematically assembled to calculate the tilt of the angle gauge block.

次いで、角度ゲージブロックを回転させて第2センサに呈示し、第1センサに適用されたような複数段階が反復される。前記装置には、ウェーハ局所厚さ測定のため第3ステージが含まれている。この厚さ測定には、更に、第1と第2のセンサがウェーハの両表面から応答を受信するように、適当なホールダ内にウェーハを配置する作業が含まれる。   The angle gauge block is then rotated and presented to the second sensor, and multiple steps as applied to the first sensor are repeated. The apparatus includes a third stage for measuring wafer local thickness. This thickness measurement further includes placing the wafer in a suitable holder so that the first and second sensors receive responses from both surfaces of the wafer.

ウェーハは、次いで前記適当なホールダ内で、予め決められた数の各箇所を個別に又は連続的な経路に沿って移動させられる。高さ値は、各箇所で又は連続的に記録され、かつ各箇所で又は連続的に厚さ値に変換される。次いで、ウェーハの形状及び形状変化が数学的に計算され、計算結果がコンピュータ・スクリーン等のディスプレー装置に表示される。   The wafer is then moved in the appropriate holder through a predetermined number of locations individually or along a continuous path. The height value is recorded at each location or continuously and is converted to a thickness value at each location or continuously. Next, the shape and shape change of the wafer are mathematically calculated, and the calculation result is displayed on a display device such as a computer screen.

本発明は、薄手のウェーハの厚さ、並びにウェーハにエッチングされたトレンチの深さを測定しようとするものである。測定には、光の針と考えられる光学針を使用する。この針は、異なるレベルでの異なる色集束点を有している。したがって、光学針の光を反射するどの部分も、集束点にある色のみを反射する。図8には光学針が示されている。このシステムは、したがって色を高さに関連付けるものである。光学針は、したがって使用者が要求するどのような密度を有するウェーハをも走査するので、表面を形成できる何千もの、おそらく何万ものデータ点を捕捉できる。   The present invention seeks to measure the thickness of a thin wafer, as well as the depth of a trench etched into the wafer. For the measurement, an optical needle that is considered to be a light needle is used. The needle has different color focusing points at different levels. Therefore, any part that reflects the light of the optical needle reflects only the color at the focal point. FIG. 8 shows an optical needle. This system therefore associates color with height. The optical needle thus scans a wafer with whatever density the user requires so that it can capture thousands and possibly tens of thousands of data points that can form a surface.

普通のウェーハ、すなわち、自重を支持するのに十分な質量を有するウェーハは、2個の光学針を使用して測定でき、その場合、1個は前面に対し、1個は背面に対して使用する。2個の光学針によって捕捉される別個の表面は、較正作業により互いに関連付けられる。このようにして、前記システムは、ウェーハの形状を検出でき、そり、曲がり、その他製造業者にとって関心のある種々の形状値の計算が可能である。製造業者は、今やウェーハが、加工するのに十分な平面度を有しているか否かを確認することができる。   A normal wafer, ie a wafer with sufficient mass to support its own weight, can be measured using two optical needles, one for the front and one for the back To do. The separate surfaces captured by the two optical needles are related to each other by a calibration operation. In this way, the system can detect the shape of the wafer and can calculate warpage, bends, and various other shape values of interest to the manufacturer. The manufacturer can now check whether the wafer has sufficient flatness to process.

熱に敏感な用途に使用される薄手のウェーハは、側部を保持すると、自重を支持できないことがしばしばある。その種のウェーハは、実際には順応性を有しており、このことは、十分な真空を仮定した場合、ウェーハが載置される面と整合することを意味するが、厚手のウェーハの場合には、そうはならないだろう。厚手のウェーハは、その形状を維持するからである。   Thin wafers used in heat sensitive applications often cannot support their own weight when holding the sides. Such wafers are actually flexible, which means that they align with the surface on which the wafer is placed, assuming sufficient vacuum, but for thick wafers I don't think so. This is because the thick wafer maintains its shape.

薄手のウェーハは、それでも厚さ及び形状が適正かどうか測定する必要がある。なぜなら厚さは熱処理にとって決定的に重要だからである。加えて、前面及び背面は平行でなければならない。したがって、薄手のウェーハの場合、ウェーハを固定する平坦な真空チャックが必要とされ、表面は上方からのみ測定される。前記システムは、真空チャックの表面を較正作業により測定し、真空チャックの表面を参考にして、ウェーハの表面形状、厚さ、平行度を検出する。   Thin wafers still need to be measured for proper thickness and shape. This is because the thickness is critical for heat treatment. In addition, the front and back surfaces must be parallel. Thus, for thin wafers, a flat vacuum chuck is needed to secure the wafer and the surface is measured only from above. The system measures the surface of the vacuum chuck by a calibration operation, and detects the surface shape, thickness, and parallelism of the wafer with reference to the surface of the vacuum chuck.

図9に見られるように、センサからの距離の較正に関係する複数段階は、既知の厚さのゲージブロック及び平行な複数表面を、センサ間に、それも適当なホールダ内に配置する第1配置作業を含んでいる。次いで、複数センサをZ平面内で調節することにより、被検出表面がセンサ測定範囲の中央に位置させられる。   As can be seen in FIG. 9, the steps involved in calibrating the distance from the sensor are the first to place a gauge block of known thickness and parallel surfaces between the sensors, also in a suitable holder. Includes placement work. Then, by adjusting the plurality of sensors in the Z plane, the detected surface is positioned at the center of the sensor measurement range.

図10に見られるように、センサから得た高さの較正に関わる複数段階には、既知角度の角度ゲージブロックをセンサ間に、それも適当なホールダ内に配置する第1配置の段階が含まれ、平らな表面がセンサと直角にされ、センサに対し既知角度の表面が示される。次いで、角度ゲージブロックが既知距離だけ移動させられ、Z平面内でのセンサまでの距離に既知の変化が与えられる。この工程がセンサの測定範囲全体にわたって反復される。次いで、角度ゲージブロックが180度回転され、傾斜部が逆方向に配置されて、工程が逆方向で反復される。データは適宜に数学的に適合させ、較正された箇所の数から得られる解像度より高い測定解像度が与えられ、ステージの傾斜が計算される。最後に、角度ゲージブロックが回転され、第2センサに呈示され、この工程が反復される。   As seen in FIG. 10, the steps involved in calibrating the height obtained from the sensors include a first placement step in which an angle gauge block of known angle is placed between the sensors, also in a suitable holder. The flat surface is perpendicular to the sensor, and a surface at a known angle to the sensor is shown. The angle gauge block is then moved by a known distance, giving a known change in the distance to the sensor in the Z plane. This process is repeated over the entire measurement range of the sensor. The angle gauge block is then rotated 180 degrees, the ramp is placed in the reverse direction, and the process is repeated in the reverse direction. The data is fit mathematically accordingly and given a measurement resolution higher than the resolution obtained from the number of calibrated points, the tilt of the stage is calculated. Finally, the angle gauge block is rotated and presented to the second sensor, and this process is repeated.

図11は、ウェーハの厚さ測定段階を示したものである。最初に、ウェーハは、適当なホールダ内に配置され、センサがウェーハ両表面から応答を受信できるようにされる。次いで、ウェーハを包含する適当なステージが、予め決められた数の箇所を、又は予め決められた連続的なルートに沿って移動させられる。各センサからの高さ値が、各箇所で又は連続的に記録される。各箇所の高さ値は各箇所でウェーハの厚さ値に変換される。次いで、必要な、形状及び形状変化の計算が行われ、計算結果が表示される。   FIG. 11 shows the stage of measuring the thickness of the wafer. Initially, the wafer is placed in a suitable holder so that the sensor can receive responses from both surfaces of the wafer. The appropriate stage containing the wafer is then moved along a predetermined number of locations or along a predetermined continuous route. The height value from each sensor is recorded at each location or continuously. The height value at each location is converted to a wafer thickness value at each location. Next, calculation of necessary shapes and shape changes is performed, and the calculation results are displayed.

厚さ及び平面度の測定は、図12−図15に示した装置で行う。フレーム18は全装置を保持している。図15には、各構成部品が詳細に示されている。花崗岩の基部1は、全システムの主要な支持構造物である。真空チャック2は被測定ウェーハを保持し、ウェーハを定位置に固定するのに使用される。
上部高さセンサ3は、グラント及びマークスによる米国特許出願第006/0109483号に記載された光学針である。該センサは、対物レンズと一緒に、ウェーハの前面を測定する。下部高さセンサ4は、ウェーハの背面を測定する別の光学針センサである。
The thickness and flatness are measured using the apparatus shown in FIGS. The frame 18 holds the entire device. FIG. 15 shows each component in detail. The granite base 1 is the main support structure of the entire system. The vacuum chuck 2 is used to hold a wafer to be measured and fix the wafer in place.
The top height sensor 3 is an optical needle described in US Patent Application No. 006/0109483 by Grant and Marks. The sensor, together with the objective lens, measures the front surface of the wafer. The lower height sensor 4 is another optical needle sensor that measures the back surface of the wafer.

上部高さセンサ用には対物レンズ5が、下部高さセンサ用には対物レンズ6が備えられている。花崗岩ブリッジ7は、ウェーハ上方に上部高さセンサを保持するための花崗岩支持構造物を形成している。ばち形取り付け部8は、動力式ステージ10に上部高さセンサを取り付けるための移動プレートとして使用される。
クランプ9は、ばち形取り付け部8をクランプし、かつ動力式ステージ10に取り付けている。動力式ステージ10は、上部高さセンサ3をウェーハに対し接近又は離間させるためのものである。上部高さセンサ3は、ウェーハ前面がセンサ3の測定範囲内に位置するように移動させられる。この移動後、上部と下部のセンサの間隔が較正される。
An objective lens 5 is provided for the upper height sensor, and an objective lens 6 is provided for the lower height sensor. The granite bridge 7 forms a granite support structure for holding the upper height sensor above the wafer. The bevel-shaped mounting portion 8 is used as a moving plate for mounting the upper height sensor to the power stage 10.
The clamp 9 clamps the drum-shaped attachment portion 8 and attaches it to the power stage 10. The power stage 10 is for making the upper height sensor 3 approach or separate from the wafer. The upper height sensor 3 is moved so that the front surface of the wafer is positioned within the measurement range of the sensor 3. After this movement, the distance between the upper and lower sensors is calibrated.

花崗岩の柱状体11は、花崗岩ブリッジ7用の支持構造物を形成している。15.24cm×15.24cm(6”×6”)の動力式ステージ12は、上部センサ3と下部センサ4との間の平面内でウェーハを移動させるのに使用される。このステージ12がウェーハを並進運動させる間に、ウェーハの厚さ及び平面度が測定され、上部センサ3と下部センサ4との測定値が記録される。
ステージ・ブラケット13は、下部センサ4用の支持構造物として使用されている。XYZステージ14は、下部センサ4を整合させるためのものである。顕微鏡取り付けブラケット15は、XYZステージ14に下部センサ4を取り付けるためのプレートを移動させる。締め付けスタッド16はブラケット17を締め付け、ブラケット17は、光学針センサ3,4を保持し、該センサを、ばち形取り付け部8又は顕微鏡取り付けブラケット15に取り付けている。フレーム18は、花崗岩基部1の支持用テーブルを形成し、何らかの必要な電子付属部品をも保持している。
The granite columnar body 11 forms a support structure for the granite bridge 7. A 15.24 cm × 15.24 cm (6 ″ × 6 ″) powered stage 12 is used to move the wafer in a plane between the upper sensor 3 and the lower sensor 4. While the stage 12 translates the wafer, the thickness and flatness of the wafer are measured, and the measured values of the upper sensor 3 and the lower sensor 4 are recorded.
The stage bracket 13 is used as a support structure for the lower sensor 4. The XYZ stage 14 is for aligning the lower sensor 4. The microscope mounting bracket 15 moves a plate for mounting the lower sensor 4 to the XYZ stage 14. The fastening stud 16 fastens the bracket 17, and the bracket 17 holds the optical needle sensors 3 and 4, and the sensor is attached to the drum-shaped mounting portion 8 or the microscope mounting bracket 15. The frame 18 forms a support table for the granite base 1 and holds any necessary electronic accessories.

トレンチ深さを測定不能な多くの光学システムも、突出部高さは十分に測定できる。トレンチの場合と異なり、突出部への入射光は部分的にも遮られることがない。図2は、光がトレンチ内へ伝搬された場合と突出部上へ伝搬された場合との反射の仕方の違いを示したものである。図から分かるように、突出部からの反射光は、トレンチからの反射光よりデータ点が多いので、より精密な読み出しが可能である。突出部頂部からの反射光は、多くの反射を経ることなく直接にセンサに戻ってくる。突出部の場合、どんなに高くても反射特性は類似しているが、トレンチの場合、それとは異なり、深ければ、それだけ多く側壁に邪魔されるため反射光が少なくなる。   Many optical systems that cannot measure the trench depth can still measure the protrusion height well. Unlike the case of the trench, the incident light to the protrusion is not partially blocked. FIG. 2 shows the difference in reflection method between when light is propagated into the trench and when it is propagated onto the protrusion. As can be seen from the figure, the reflected light from the protrusion has more data points than the reflected light from the trench, so that more accurate reading is possible. The reflected light from the top of the protrusion returns directly to the sensor without undergoing many reflections. In the case of the protrusion, the reflection characteristics are similar no matter how high, but in the case of the trench, unlike the case, if it is deeper, the more light is disturbed by the side walls, the less the reflected light.

丸みを付けた粗面のトレンチが入射光をすべて吸収してしまうのに対して、丸みを付けた粗面の突出部は常に幾らかの光を反射する(図6参照)。事実、突出部の場合、頂点がどんなに細かろうと、その頂部からは常に幾らかの光が反射される。これらの違いは、いずれも、突出部の測定がトレンチの測定より容易なことを示している。エッチングされたトレンチを背面から見ると、センサには突出部として見えるので、その高さ(深さ)は、はるかに容易に測定できる。   A rounded rough trench absorbs all incident light, whereas a rounded rough projection always reflects some light (see FIG. 6). In fact, in the case of protrusions, no matter how fine the vertices are, some light is always reflected from the top. All of these differences indicate that the protrusion measurement is easier than the trench measurement. When the etched trench is viewed from the back, it appears as a protrusion to the sensor, so its height (depth) can be measured much more easily.

現在市場に出回っている大部分の高さ測定用光学システムは、通常、可視光線を用いて作業する。しかし、シリコンは可視光線には不透明である。図5は、本発明が、ガラス製スライドの厚さ測定に可視スペクトルを用いた場合を示した図である。本発明では、しかし、赤外ビーム、特にシリコンを透過する950nm以上の長波長の赤外ビームを使用する。シリコンは最も普通のウェーハ基板なので、ここでは特にシリコンで説明するが、本発明は、多くの異なる材料、例えばガラス、SiC,InP,GaAs,その他どのような透明材料のウェーハにも使用できる。以下の説明では赤外ビームを光源と仮定するが、本発明には、対象となる材料を透過するどのような波長帯域を使用することもできる。   Most height measuring optical systems currently on the market usually work with visible light. However, silicon is opaque to visible light. FIG. 5 is a diagram showing the case where the present invention uses a visible spectrum for measuring the thickness of a glass slide. In the present invention, however, an infrared beam, particularly an infrared beam having a long wavelength of 950 nm or more that transmits silicon is used. Since silicon is the most common wafer substrate and is specifically described herein for silicon, the present invention can be used with wafers of many different materials, such as glass, SiC, InP, GaAs, and any other transparent material. In the following description, an infrared beam is assumed to be the light source, but any wavelength band that transmits the material of interest can be used in the present invention.

シリコンは1.1μmを超える波長に対し透明である(図4参照)。1.1μm波長でのシリコンの屈折率は約3.5であるから、空気/シリコン界面での垂直入射光の反射率は約31%である。残りの光は、シリコンを透過する光である。透過した光の百分率と類似の百分率が背面の空気/シリコン界面での反射率である。したがって、シリコン・ウェーハの一方の側に配置された単一のセンサで、ウェーハの前面及び背面双方からの反射光を受光できる。図3は、ウェーハを2度(入射と反射)透過した後、シリコン・ウェーハの背面から受信した相対信号レベルを示している。   Silicon is transparent to wavelengths exceeding 1.1 μm (see FIG. 4). Since the refractive index of silicon at 1.1 μm wavelength is about 3.5, the reflectivity of normal incident light at the air / silicon interface is about 31%. The remaining light is light that passes through the silicon. A percentage similar to the percentage of light transmitted is the reflectance at the back air / silicon interface. Thus, a single sensor located on one side of the silicon wafer can receive reflected light from both the front and back surfaces of the wafer. FIG. 3 shows the relative signal level received from the back of the silicon wafer after passing through the wafer twice (incident and reflected).

図6に示したように、この好適実施例では、エッチングされたトレンチの側とは反対の側(背面)からウェーハが照射される。ウェーハは透明なので、トレンチがエッチングされた表面(前面)から背方へ反射される。したがって、非接触式高さセンサは、トレンチが設けられた前面の輪郭を、前面からの反射を利用して測定できよう。背面から見れば、トレンチが突出部に見えるので、トレンチとして見る場合の特有の欠点、例えばトレンチ側壁による光の吸収等に直面することは全くない。   As shown in FIG. 6, in this preferred embodiment, the wafer is irradiated from the opposite side (back side) of the etched trench side. Since the wafer is transparent, it is reflected back from the etched surface (front). Therefore, the non-contact type height sensor can measure the contour of the front surface provided with the trench using reflection from the front surface. When viewed from the back, the trench appears to be a protruding portion, so that there are no particular disadvantages when viewed as a trench, such as light absorption by the trench sidewalls.

本発明では、多くの異なる非接触式光学センサを使用して突出部高さ(トレンチ深さ)を測定できるが、他方、好適実施例では、図7に略示した共焦点色センサが使用される。このほかに使用できるセンサとしては、光干渉計、移相干渉計、共焦点走査顕微鏡、レーザー3角計測器械が挙げられる。好適実施例は、特に、共焦点色センサを利用して、スペクトルの900nmから1700nmまでの近赤外(NIR)域で作業し、前面と背面までの距離を同時測定することによりウェーハ厚さを測定するように設計されている。2つの反射波間の測定間隔をウェーハの実厚に関係付ける較正方法は、自明性がなく、本発明の不可欠の一部をなしている。既述のように、類似のシステムでも、前面及び背面との距離を同時測定することでトレンチ深さを測定することができる。   In the present invention, many different non-contact optical sensors can be used to measure protrusion height (trench depth), while the preferred embodiment uses a confocal color sensor as schematically shown in FIG. The Other sensors that can be used include an optical interferometer, a phase shift interferometer, a confocal scanning microscope, and a laser triangulation instrument. The preferred embodiment uses a confocal color sensor, particularly in the near infrared (NIR) region of the spectrum from 900 nm to 1700 nm, and measures the wafer thickness by simultaneously measuring the distance between the front and back surfaces. Designed to measure. A calibration method that relates the measurement interval between two reflected waves to the actual thickness of the wafer is not obvious and is an integral part of the present invention. As described above, even in a similar system, the trench depth can be measured by simultaneously measuring the distance between the front surface and the back surface.

共焦点色センサは、光学的な測定技術に通じている者には周知であり、具体例は、本発明の発明者の内の2名、マークス及びグラントによる米国特許出願第2006/0109483号に記載されており、その技術は、ここに引用することで本発明に取り入れられるものである。この種のセンサでは、光の色又は波長に従って集束点が軸方向に沿って分散する(図7)。したがって、各波長は異なるレベルで集束し、対象が1個の場合には、1波長のみがその対象上に集束する。
結果として、このシステムでは、どの波長が対象に集束するかを検出できれば、色を高さに関連付けることができる。この検出は分光計を用いて行う。完全な共焦点色システムの好適実施例(図7)は、広帯域を有し、白色光光源、分散光学系、分光計、他の部品への接続用ファイバー・カップラー/スプリッターを含み、共焦点源と検出器開口とを備えている。しかし、多くの別の構成も可能である。
Confocal color sensors are well known to those skilled in optical measurement technology, examples of which are given in US Patent Application No. 2006/0109483 by Marks and Grant, two of the inventors of the present invention. The technology of which is described and incorporated herein by reference. In this type of sensor, the focal points are dispersed along the axial direction according to the color or wavelength of the light (FIG. 7). Thus, each wavelength is focused at a different level, and if there is a single object, only one wavelength is focused on that object.
As a result, the system can correlate color with height if it can detect which wavelengths are focused on the object. This detection is performed using a spectrometer. A preferred embodiment of a complete confocal color system (FIG. 7) has a broadband and includes a white light source, a dispersion optics, a spectrometer, a fiber coupler / splitter for connection to other components, and a confocal source And a detector aperture. However, many other configurations are possible.

共焦点色センサは、また対物レンズを共焦点センサと共用する顕微鏡画像システムに容易に組み合わせることができる。顕微鏡により、対象の画像が提示され、共焦点測定点の位置が直接に参照可能になる。例えば、ウェーハにはんだの突出部が設けられた後のウェーハ厚さ測定は、顕微鏡画像を用いてはんだ突出部周囲の測定点を案内することで実施できる。別の例は圧力センサ・ダイアフラムの測定である。これらのダイアフラムは、ウェーハの背面からエッチングされ、各ダイごとにシリコン薄膜が形成される。これらのダイアフラムの測定は、キャパシタンス・センサではセンサ寸法が小さいため、不可能である。しかし、顕微鏡と組み合わされた共焦点色センサは、容易にダイアフラムの局所スポットを突き止め、局所スポットでの厚さを測定できる。組み合わされた顕微鏡は、またトレンチ測定の場合にも重要となる。この用途の場合、トレンチの測定ができるように、顕微鏡でトレンチ位置を突き止める必要がある。   The confocal color sensor can also be easily combined with a microscope imaging system that shares the objective lens with the confocal sensor. The image of the object is presented by the microscope, and the position of the confocal measurement point can be directly referred to. For example, the wafer thickness measurement after the solder protrusions are provided on the wafer can be performed by guiding measurement points around the solder protrusions using a microscope image. Another example is the measurement of a pressure sensor diaphragm. These diaphragms are etched from the back side of the wafer, and a silicon thin film is formed for each die. Measurement of these diaphragms is not possible with capacitance sensors due to the small sensor dimensions. However, a confocal color sensor combined with a microscope can easily locate the local spot of the diaphragm and measure the thickness at the local spot. The combined microscope is also important for trench measurements. For this application, it is necessary to locate the trench with a microscope so that the trench can be measured.

NIRスペクトルに対するシリコンの場合のように、対象が透明な場合には、対象の前面及び背面双方からの反射光が、分光計へ戻される。ウェーハの前面と背面からでは高さに差があるため、各面からの反射光は異なる波長を有することになろう。図5は、可視スペクトルの場合に、ガラス製スライドの前面と背面からの反射光の相対強度を示したものである。近赤外スペクトルでのシリコン・ウェーハ測定の場合にも、類似の成績が得られている。一般的に、共焦点色センサは、短いほうの波長が長いほうの波長より手前で集束するように設計されているが、該センサを逆の関係に設計することも可能である。好適実施例では、ウェーハ前面で集束する光のほうが、背面で集束する光より波長が短い。これらの反射光が分光計を通過するとき、分光計は2つの波長のピークを示す。各ピークの位置は各表面の位置を指示し、ピークの差はウェーハの厚さを示す。   If the object is transparent, as in the case of silicon for the NIR spectrum, the reflected light from both the front and back of the object is returned to the spectrometer. Since there is a difference in height from the front and back of the wafer, the reflected light from each side will have a different wavelength. FIG. 5 shows the relative intensity of the reflected light from the front and back of the glass slide in the case of the visible spectrum. Similar results have been obtained for silicon wafer measurements in the near infrared spectrum. In general, confocal color sensors are designed such that the shorter wavelength is focused before the longer wavelength, but it is also possible to design the sensor in the opposite relationship. In the preferred embodiment, the light focused on the front side of the wafer has a shorter wavelength than the light focused on the back side. When these reflected lights pass through the spectrometer, the spectrometer shows two wavelength peaks. The position of each peak indicates the position of each surface, and the peak difference indicates the thickness of the wafer.

センサは、使用者が指定するサンプル速度及びデータ密度でウェーハを横方向に機械式に走査する。データ点は数千点、ことによると数万点が捕捉される。センサは、約5マイクロメートルのスポット寸法を有し、極めて局所化された表面及び厚さの測定を行う。センサがウェーハのところを移動するにつれて、ピークの位置はウェーハ表面形状の関数として変化し、ピークの相対位置は厚さの関数として変化する。こうして、ウェーハの完全な形状が得られ、かつウェーハの局所厚さが得られる。   The sensor mechanically scans the wafer laterally at a sample rate and data density specified by the user. Thousands of data points, possibly tens of thousands, are captured. The sensor has a spot size of about 5 micrometers and makes highly localized surface and thickness measurements. As the sensor moves across the wafer, the position of the peak changes as a function of the wafer surface shape and the relative position of the peak changes as a function of thickness. Thus, the complete shape of the wafer is obtained and the local thickness of the wafer is obtained.

公知の共焦点色センサは、NIRでの作業用に設計されてはいない。共焦点色センサの設計には、焦軸に沿って複数波長を分散させるために、分散性材料の使用が要求される。可視スペクトルで十分な分散を得るためには、種々の多くの材料を利用可能だが、NIRを用いた場合、必要な分散を達成するのは、より難しい。しかし、二重レンズは、軸方向の分散並びに球面収差の矯正が行われるように設計できる。1例では、S−TIH53及びN−SSK8ガラスが用いられ、別の例では、S−TIH53及びN−SK4ガラスが用いられる。S−TIH53の代わりにS−NPH1を用いた二重レンズを含む多くの他の例も設計可能である。システム内での軸方向分散量を増すために、数個のこのような二重レンズを一続きの形式で使用することもできる。軸方向の分散レンズ・システムを形成する別の方法は、回折レンズを屈折レンズと組み合わせて使用することである。   Known confocal color sensors are not designed for NIR work. The design of a confocal color sensor requires the use of a dispersive material in order to disperse multiple wavelengths along the focal axis. Many different materials can be used to obtain sufficient dispersion in the visible spectrum, but it is more difficult to achieve the required dispersion when using NIR. However, the double lens can be designed to provide axial dispersion and correction of spherical aberration. In one example, S-TIH53 and N-SSK8 glass are used, and in another example, S-TIH53 and N-SK4 glass are used. Many other examples including a double lens using S-NPH1 instead of S-TIH53 can also be designed. Several such double lenses can also be used in a series to increase the amount of axial dispersion in the system. Another way to form an axial dispersive lens system is to use a diffractive lens in combination with a refractive lens.

較正は、本発明にとって決定的に重要な作業である。背面の測定が複雑なことには、ウェーハ基板全面にわたって光を集束させることが影響している。それらの影響の1つは球面収差が加わることである。この球面収差により、背面の集束点が事実上引き伸ばされ、軸方向の解像度が低下する。
しかし、球面収差は、集束レンズ系を適正に設計することで最小化できる。別の影響は、光が媒質を通過して伝搬されるとき、物理的な長さと光路長さとの差が生じることである。共焦点色センサでは光路長さが測定されるが、ここでの重要な量は、ウェーハの物理的長さ又は厚さである。測定された厚さは、物理的厚さをウェーハの屈折率で割った値にほぼ等しい。しかし、屈折率は、波長によって変化する。シリコンの場合、各波長の軸方向の集束位置は、ほぼz(λ)=f(λ)n(λ)であり、この式において、Fは空気中での軸方向集束位置、nはシリコンの屈折率、λは、これらの量の各々の、波長への依存度を示している。
Calibration is a critical task for the present invention. The complexity of the backside measurement is influenced by focusing light over the entire wafer substrate. One of those effects is the addition of spherical aberration. This spherical aberration effectively stretches the focal point on the back and reduces the axial resolution.
However, spherical aberration can be minimized by properly designing the focusing lens system. Another effect is that when light propagates through the medium, a difference between the physical length and the optical path length occurs. Although the optical path length is measured with a confocal color sensor, an important quantity here is the physical length or thickness of the wafer. The measured thickness is approximately equal to the physical thickness divided by the refractive index of the wafer. However, the refractive index varies with wavelength. In the case of silicon, the axial focusing position of each wavelength is approximately z (λ) = f (λ) n (λ), where F is the axial focusing position in air and n is the silicon focusing position. The refractive index, λ, indicates the dependence of each of these quantities on the wavelength.

図16は、シリコン媒質の屈折率が測定較正にどう影響するかを示したものである。共焦点色センサは、シリコンの第1表面で入射光が屈折するため、実際にはウェーハ内部の1点で測定する。ウェーハ厚さ(図16の左側に見られる厚さ)とトレンチ深さ(図16の右側に見られる深さ)の測定は、共に影響を受ける。
図16は、更に屈折を考慮に入れたトレンチの測定を示している。「粗」測定値は、較正された分光計で測定される共焦点スポットの見かけ軸方向位置だが、「目標」測定値はトレンチ深さである。スネルの法則を用いた幾何学的光学分析は、「目標」測定値が、屈折率によって決まる「粗」測定値に事実上等しいことを示している。したがって、分光計の応答が空気内での共焦点応答に対して較正される場合、基板媒質のトレンチ深さの測定は簡単である。あるいはまた、分光計の応答は、基板と等しい材料製のステップ高さゲージを用いて直接に較正することもできる。
FIG. 16 shows how the refractive index of the silicon medium affects the measurement calibration. In the confocal color sensor, since incident light is refracted on the first surface of silicon, the confocal color sensor is actually measured at one point inside the wafer. Both wafer thickness (thickness seen on the left side of FIG. 16) and trench depth (depth seen on the right side of FIG. 16) are affected.
FIG. 16 shows a trench measurement that further takes refraction into account. The “coarse” measurement is the apparent axial position of the confocal spot measured with a calibrated spectrometer, while the “target” measurement is the trench depth. Geometrical optical analysis using Snell's law shows that the “target” measurement is effectively equal to the “coarse” measurement determined by the refractive index. Therefore, when the spectrometer response is calibrated to the confocal response in air, measuring the trench depth of the substrate medium is straightforward. Alternatively, the spectrometer response can be calibrated directly using a step height gauge made of the same material as the substrate.

軸方向での色集束点の移動は共焦点信号を発生させるが、この移動は媒質の屈折率に影響される。空気内で共焦点色システムを較正する標準的な方法は、角度ゲージブロックを使用して精密な横方向運動により走査することである。この較正により、対象の高さと波長ピークとの間の較正表が得られよう。しかし、この較正表は、空気以外の媒質内では不正確となろう。適切な較正表は対象高さを屈折率で乗じることで見積もることができる。しかし、波長による屈折率の変化を考慮せねばならない。あるいはまた、直接較正を行うことができるように、較正ゲージをシリコンで作ることもできる   The movement of the color focusing point in the axial direction generates a confocal signal, but this movement is affected by the refractive index of the medium. The standard method of calibrating a confocal color system in air is to scan with precise lateral motion using an angle gauge block. This calibration will result in a calibration table between object height and wavelength peak. However, this calibration table will be inaccurate in media other than air. A suitable calibration table can be estimated by multiplying the object height by the refractive index. However, the change in refractive index with wavelength must be taken into account. Alternatively, the calibration gauge can be made of silicon so that direct calibration can be performed.

以上に示した図及び実施例は、説明目的のものであって、特許請求の範囲の記載を制限する意図のものではない。この開示は、本発明の諸原則を例証するものと考えるべきであり、本発明の精神及び範囲を制限し、図示の実施例に対する請求を制限する意図を有するものではない。当業者は、本発明の具体的な用途のために、本発明に変更を加えることができよう。   The drawings and examples described above are for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of the claims. This disclosure is to be construed as illustrative of the principles of the invention and is not intended to limit the spirit and scope of the invention or to limit the claims to the illustrated embodiments. Those skilled in the art will be able to make modifications to the present invention for specific applications of the present invention.

ウェーハ厚さ及びトレンチ深さ測定用の先行技術を示す図。The figure which shows the prior art for wafer thickness and trench depth measurement. aはトレンチに対する入射光と反射光とを示す図、bは突出部に対する入射光と反射光を示す図。a is a figure which shows the incident light and reflected light with respect to a trench, b is a figure which shows the incident light and reflected light with respect to a protrusion part. シリコン・ウェーハの前面及び背面双方からの光の反射の仕方を示す図。The figure which shows the reflection method of the light from both the front surface and back surface of a silicon wafer. 波長と光の強度損失との関係を示す図。近赤外スペクトルの各波長の場合について、入射光の強度に対するシリコン・ウェーハ背面からの反射光の強度を示したもの。シリコンが、約1.1μm以下の波長の光を、どのように吸収しているかに注意。The figure which shows the relationship between a wavelength and the intensity | strength loss of light. For each wavelength in the near infrared spectrum, the intensity of the reflected light from the back of the silicon wafer relative to the intensity of the incident light is shown. Note how silicon absorbs light with wavelengths below about 1.1 μm. ウェーハ厚さの測定実験時に、可視スペクトル域で共焦点色センサが作業するさい、顕微鏡のガラス・スライドの前面と背面との軸方向間隔がどのように同時測定されるかを示す図。The figure which shows how the axial space | interval of the front surface of a microscope glass slide and a back surface is measured simultaneously when a confocal color sensor works in a visible spectrum area | region at the time of a wafer thickness measurement experiment. 本発明の好適実施例を示す図。赤外ビームを用いてウェーハの背面から透視することで、トレンチ深さを事実上突出部として捕捉することができる。The figure which shows the suitable Example of this invention. By seeing through the back of the wafer using an infrared beam, the trench depth can be effectively captured as a protrusion. トレンチ測定用の共焦点色検出システムの略示図。1 is a schematic diagram of a confocal color detection system for trench measurement. 本発明の光学式針を示す図。The figure which shows the optical needle | hook of this invention. 薄手のウェーハの厚さ測定時にセンサによる検出距離を較正する作業を示す流れ図。The flowchart which shows the operation | work which calibrates the detection distance by a sensor at the time of the thickness measurement of a thin wafer. 薄手のウェーハの厚さ測定時にセンサによる検出高さを較正する作業を示す流れ図。The flowchart which shows the operation | work which calibrates the detection height by a sensor at the time of the thickness measurement of a thin wafer. 薄手のウェーハの厚さ測定時のウェーハ厚さ測定段階を示す流れ図。The flowchart which shows the wafer thickness measurement step at the time of the thickness measurement of a thin wafer. ウェーハの厚さ及び平面度を測定する装置の側面図。The side view of the apparatus which measures the thickness and flatness of a wafer. ウェーハの厚さ及び平面度を測定する装置の正面図。The front view of the apparatus which measures the thickness and flatness of a wafer. ウェーハの厚さ及び平面度を測定する装置の部分拡大図。The elements on larger scale of the apparatus which measures the thickness and flatness of a wafer. 図14のA−A線に沿って截断した断面図。Sectional drawing cut along the AA line of FIG. シリコン媒質の屈折率が測定較正にどのように影響するかを示す図。The figure which shows how the refractive index of a silicon medium influences measurement calibration.

符号の説明Explanation of symbols

1 花崗岩基部
2 真空チャック
3 上部高さセンサ
4 下部高さセンサ
5 対物レンズ
6 対物レンズ
7 花崗岩ブリッジ
8 ばち形取り付け部
9 クランプ
10 動力式ステージ
11 花崗岩柱状体
12 動力式ステージ
13 ステージ・ブラケット
14 XYZステージ
15 顕微鏡取り付けブラケット
16 締め付けスタッド
17 ブラケット
18 フレーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Granite base 2 Vacuum chuck 3 Upper height sensor 4 Lower height sensor 5 Objective lens 6 Objective lens 7 Granite bridge 8 Bevel attachment part 9 Clamp 10 Power stage 11 Granite column 12 Power stage 13 Stage bracket 14 XYZ stage 15 Microscope mounting bracket 16 Tightening stud 17 Bracket 18 Frame

Claims (36)

ウェーハのトレンチ深さを測定する方法において、
前記ウェーハの前記トレンチの位置を顕微鏡によって突き止める作業が含まれ、前記ウェーハが前面と背面とを有し、前記トレンチが前記前面に設けられており、また、
非接触式光学器械を前記背面に向くように配置する作業が含まれ、それにより前記トレンチが前記非接触式光学器械から前記第2面に設けられた事実上突出部と見られることになり、前記非接触式光学器械が、前記ウェーハを透過可能な光源を使用し、前記ウェーハの前面及び背面からの反射光を受光することにより、前記前面が前記トレンチの内部を指示するようにされており、更に、
前記ウェーハを透過可能な波長範囲の1組の光源を使用して前記突出部の高さを測定する作業と、
前記突出部高さを、前記前面と前記背面間の前記測定高さの差の変換によって較正する作業とが含まれ、それにより前記トレンチ箇所でのウェーハの形状及び輪郭が検出される、ウェーハのトレンチ深さを測定する方法。
In a method for measuring the trench depth of a wafer,
The operation includes locating the trench of the wafer with a microscope, the wafer has a front surface and a back surface, the trench is provided on the front surface, and
Including placing a non-contact optical instrument facing the back surface, whereby the trench can be viewed as a substantially protruding portion provided on the second surface from the non-contact optical instrument; The non-contact optical instrument uses a light source that can pass through the wafer and receives reflected light from the front and back surfaces of the wafer, so that the front surface indicates the inside of the trench. In addition,
Measuring the height of the protrusion using a set of light sources in a wavelength range that can be transmitted through the wafer;
Calibrating the protrusion height by conversion of the difference in measured height between the front and back surfaces, thereby detecting the shape and contour of the wafer at the trench location, A method of measuring trench depth.
前記ウェーハが、次の群、すなわちシリコン、GaAs,GaAIAs,InP,Sic,SiOの内の1つから構成される、請求項1に記載された方法。 Wherein said wafer has the following groups: silicone configured, GaAs, GaAIAs, InP, Sic , from one of SiO 2, according to claim 1. 前記光源が、近赤外域にあり、900nm‐1700nmの波長範囲を有している、請求項1に記載された方法。   The method of claim 1, wherein the light source is in the near infrared region and has a wavelength range of 900 nm-1700 nm. 前記非接触式光学器械が共焦点色センサである、請求項1に記載された方法。   The method of claim 1, wherein the non-contact optical instrument is a confocal color sensor. 前記共焦点色センサが較正手段を使用しており、該較正手段により、前記ウェーハの前記前面及び前記背面からの反射光波長に対応かつ高さの差に対応する前記収集データが、前記ウェーハの前記トレンチの深さ又は前記局所区域の前記厚さを決定する測定厚さに変換される、請求項4に記載された方法。   The confocal color sensor uses calibration means by which the collected data corresponding to the reflected light wavelength from the front surface and the back surface of the wafer and corresponding to the height difference is obtained from the wafer. 5. The method of claim 4, wherein the method is converted to a measured thickness that determines the depth of the trench or the thickness of the local area. 前記非接触式光学器械に白色光干渉計が使用される、請求項1に記載された方法。   The method of claim 1, wherein a white light interferometer is used in the non-contact optical instrument. 前記非接触式光学器械に移相干渉計が使用される、請求項1に記載された方法。   The method of claim 1, wherein a phase shift interferometer is used in the non-contact optical instrument. 前記非接触式光学器械に共焦点走査顕微鏡が使用される、請求項1に記載された方法。   The method of claim 1, wherein a confocal scanning microscope is used for the non-contact optical instrument. 前記非接触式光学器械にレーザー3角計測器械が使用される、請求項1に記載された方法。   The method according to claim 1, wherein a laser triangulation instrument is used for the non-contact optical instrument. 前記非接触式光学器械が、予め指定されたサンプル速度及び密度で横方向に前記ウェーハを機械式に走査する、請求項1に記載された方法。   The method of claim 1, wherein the non-contact optical instrument mechanically scans the wafer laterally at a pre-specified sample speed and density. 薄手のウェーハの局所的な厚さを測定する方法において、
前記ウェーハの前記局所的な厚さ区域を顕微鏡により突き止める作業が含まれ、前記ウェーハが前面と背面とを有しており、また、
非接触式光学器械が、前記前面及び前記背面からの反射光を同時に受光するように、前記ウェーハの一方の側に配置される作業と、
前記ウェーハを透過可能な波長範囲の1組の光源を使用して前記ウェーハの厚さを測定する作業と、
前記局所的なウェーハ厚さが、前記前面及び背面間の前記測定高さの差の変換により較正され、それによって前記ウェーハの局所的厚さが検出される作業とが含まれる、薄手のウェーハの局所的な厚さを測定する方法。
In a method for measuring the local thickness of a thin wafer,
Including locating the local thickness region of the wafer with a microscope, the wafer having a front surface and a back surface;
An operation in which a non-contact optical instrument is disposed on one side of the wafer so as to simultaneously receive reflected light from the front surface and the back surface;
Measuring the thickness of the wafer using a set of light sources in a wavelength range that can be transmitted through the wafer;
The local wafer thickness is calibrated by conversion of the measured height difference between the front and back surfaces, whereby the local thickness of the wafer is detected. A method of measuring local thickness.
前記ウェーハが、次の群、すなわちシリコン、GaAs、GaAIAs、InP、Sic、SiOの内の1つから構成される、請求項11に記載された方法。 The method of claim 11, wherein the wafer is composed of one of the following groups: silicon, GaAs, GaAIAs, InP, Sic, SiO 2 . 前記光源が、近赤外域にあり、900nm‐1700nmの波長範囲を有している、請求項11に記載された方法。   The method of claim 11, wherein the light source is in the near infrared region and has a wavelength range of 900 nm-1700 nm. 前記非接触式光学器械が共焦点色センサである、請求項11に記載された方法。   The method of claim 11, wherein the non-contact optical instrument is a confocal color sensor. 前記共焦点色センサが較正手段を使用しており、該較正手段により、前記ウェーハの前記前面及び前記背面からの反射光波長に対応かつ高さ差に対応する前記収集データが、前記ウェーハの前記トレンチの深さ又は前記局所区域の前記厚さを決定する測定厚さに変換される、請求項14に記載された方法。   The confocal color sensor uses calibration means by which the collected data corresponding to the reflected light wavelength from the front surface and the back surface of the wafer and corresponding to the height difference is stored in the wafer. 15. The method of claim 14, wherein the method is converted to a measured thickness that determines a trench depth or the thickness of the local area. 前記非接触式光学器械に白色光干渉計が使用される、請求項11に記載された方法。   The method of claim 11, wherein a white light interferometer is used in the non-contact optical instrument. 前記非接触式光学器械に移相干渉計が使用される、請求項11に記載された方法。   The method of claim 11, wherein a phase-shifting interferometer is used in the non-contact optical instrument. 前記非接触式光学器械に共焦点走査顕微鏡が使用される、請求項11に記載された方法。   The method according to claim 11, wherein a confocal scanning microscope is used for the non-contact optical instrument. 前記非接触式光学器械にレーザー3角計測器械が使用される、請求項11に記載された方法。   The method according to claim 11, wherein a laser triangulation instrument is used for the non-contact optical instrument. 前記非接触式光学器械が、予め指定されたサンプル速度及び密度で横方向に前記ウェーハを機械式に走査する、請求項11に記載された方法。   The method of claim 11, wherein the non-contact optical instrument mechanically scans the wafer laterally at a pre-specified sample speed and density. ウェーハのトレンチ深さ又は前記ウェーハの局所厚を測定する装置であって、前記ウェーハが前面と背面とを有する形式のものにおいて、前記装置が、
高さ測定用の非接触式光学器械と、
前記非接触式光学器械の事実上下方に配置された、前記ウェーハの位置決め用固定手段と、
前記ウェーハを透過可能な波長範囲の1組の光源とを含み、
前記非接触式光学器械が、前記前面及び前記背面からの反射光を同時に受光するように前記ウェーハの一方の側に配置されており、更に前記装置が、
前記高さ測定用の非接触式光学器械からのデータを受け取るデータ収集手段を含んでいる、ウェーハのトレンチ深さ又は前記ウェーハの局所厚さを測定する装置。
An apparatus for measuring a trench depth of a wafer or a local thickness of the wafer, wherein the wafer has a front surface and a back surface, wherein the device comprises:
A non-contact optical instrument for height measurement,
Fixing means for positioning the wafer, arranged substantially below the non-contact optical instrument;
A set of light sources in a wavelength range capable of transmitting the wafer,
The non-contact optical instrument is disposed on one side of the wafer to simultaneously receive reflected light from the front and back surfaces, and the apparatus further comprises:
An apparatus for measuring a trench depth of a wafer or a local thickness of the wafer, comprising data collection means for receiving data from a non-contact optical instrument for measuring the height.
前記ウェーハが、次の群、すなわちシリコン、GaAs、GaAIAs、InP、Sic、SiOの内の1つから構成される、請求項21に記載された装置。 The wafer is next group, i.e. silicon, GaAs, GaAIAs, InP, Sic , constructed from one of SiO 2, An apparatus according to claim 21. 前記光源が、近赤外域にあり、900nm‐1700nmの波長範囲を有している、請求項21に記載された装置。   The apparatus of claim 21, wherein the light source is in the near infrared region and has a wavelength range of 900 nm-1700 nm. 前記非接触式光学器械が共焦点色センサである、請求項21に記載された装置。   The apparatus of claim 21, wherein the non-contact optical instrument is a confocal color sensor. 前記共焦点色センサが較正手段を使用しており、該較正手段により、前記ウェーハの前記前面及び前記背面からの反射光波長に対応かつ高さ差に対応する前記収集データが、前記ウェーハの前記トレンチの深さ又は前記局所区域の前記厚さを決定する測定厚さに変換される、請求項24に記載された装置。   The confocal color sensor uses calibration means by which the collected data corresponding to the reflected light wavelength from the front surface and the back surface of the wafer and corresponding to the height difference is stored in the wafer. 25. The apparatus of claim 24, converted to a measured thickness that determines a trench depth or the thickness of the local area. 前記非接触式光学器械に白色光干渉計が使用される、請求項21に記載された装置。   The apparatus of claim 21, wherein a white light interferometer is used in the non-contact optical instrument. 前記非接触式光学器械に移相干渉計が使用される、請求項21に記載された装置。   The apparatus of claim 21, wherein a phase-shifting interferometer is used in the non-contact optical instrument. 前記非接触式光学器械に共焦点走査顕微鏡が使用される、請求項21に記載された装置。   The apparatus according to claim 21, wherein a confocal scanning microscope is used in the non-contact optical instrument. 前記非接触式光学器械にレーザー3角計測器械が使用される、請求項21に記載された装置。   The apparatus according to claim 21, wherein a laser triangulation instrument is used for the non-contact optical instrument. 前記非接触式光学器械が、予め指定されたサンプル速度及び密度で横方向に前記ウェーハを機械式に走査する、請求項21に記載された方法。   The method of claim 21, wherein the non-contact optical instrument mechanically scans the wafer laterally at a pre-specified sample speed and density. 薄手のウェーハの厚さ、平面度、局所形状を測定する方法であって、該ウェーハが前面と背面とを有する形式のものにおいて、前記方法が、
第1センサ及び第2センサからの前記ウェーハの距離を較正する作業を含み、距離を較正する前記作業には、更に、
前記第1と第2のセンサ間に、それも適当なホールダ内に、既知厚さのゲージブロックを配置し、かつ平行な複数表面を包含するようにする作業と、
Z平面内で前記第1と第2のセンサを調節することにより、被検出表面がセンサ測定範囲の中央に位置するようにする作業とが含まれ、また前記方法が、
前記ウェーハの局所厚さを測定する作業を含み、前記測定作業には、更に、
前記第1と第2のセンサが前記ウェーハの双方の表面からの応答を受信できるように、前記ウェーハを適当なホールダ内に配置する作業と、
前記ウェーハが、前記適当なホールダ内で予め定めた数の箇所を各個に又は連続的な経路で移動するようにする作業と、
高さ値を、前記箇所の各々で、又は連続的に記録する作業と、
前記高さ値を、前記箇所の各々で、又は連続的に厚さ値に変換する作業と、
前記ウェーハの形状及び形状変化を数学的な計算する作業と、
形状及び形状変化の前記数学的計算をディスプレー手段を介して表示する作業とが含まれている、薄手のウェーハの厚さ、平面度、局所形状を測定する方法。
A method for measuring the thickness, flatness, and local shape of a thin wafer, wherein the wafer has a front surface and a back surface, the method comprising:
Calibrating the distance of the wafer from the first sensor and the second sensor, the calibrating distance further comprising:
Placing a gauge block of known thickness between the first and second sensors, also in a suitable holder, and including parallel surfaces;
Adjusting the first and second sensors in the Z plane so that the surface to be detected is located in the center of the sensor measurement range, and the method includes:
Including measuring the local thickness of the wafer, the measuring operation further comprising:
Placing the wafer in a suitable holder so that the first and second sensors can receive responses from both surfaces of the wafer;
Working the wafer to move a predetermined number of locations in the appropriate holder to each individual or in a continuous path;
Working to record the height value at each of the locations or continuously;
Converting the height value to a thickness value at each of the locations or continuously; and
A mathematical calculation of the wafer shape and shape change;
A method for measuring the thickness, flatness, and local shape of a thin wafer, the method including displaying the mathematical calculation of the shape and shape change via a display means.
更に別の較正作業が加えられ、前記較正作業が、更に、
センサにより得られた前記高さを較正する作業を含み、該高さ較正作業には、更に、
前記第1と第2のセンサ間に、それも適当なホールダ内に、既知角度の角度ゲージブロックを配置する第1配置作業が含まれ、前記角度ゲージブロックの平らな表面が前記第1センサと直角にされ、前記第1センサに対し既知角度の表面が示され、また、
前記角度ゲージブロックを180度回転させて、前記角度ゲージブロックの傾斜部を前記第1配置と反対方向に配置する作業が含まれ、前記角度ゲージブロックが前記第1センサと直角にされ、前記第1センサに対し既知角度の表面が示され、更に、
センサにより収集された高さの前記較正を数学的に変換することで前記角度ゲージブロックの傾斜を計算する段階と、
前記角度ゲージブロックを回転させ、前記第2センサに呈示し、前記第1センサに適用されたように、複数作業段階が反復される、請求項13に記載された方法。
Further calibration work is added, the calibration work is further
Calibrating the height obtained by the sensor, the height calibration operation further comprising:
A first placement operation is included between the first and second sensors, which also places an angle gauge block of known angle in a suitable holder, the flat surface of the angle gauge block being in contact with the first sensor. Is shown at a right angle, a surface of a known angle with respect to the first sensor is shown, and
And rotating the angle gauge block by 180 degrees to dispose the inclined portion of the angle gauge block in a direction opposite to the first arrangement, the angle gauge block being perpendicular to the first sensor, and A surface with a known angle for one sensor is shown, and
Calculating the slope of the angle gauge block by mathematically transforming the calibration of the height collected by the sensor;
The method of claim 13, wherein the working steps are repeated as the angle gauge block is rotated and presented to the second sensor and applied to the first sensor.
前記センサが共焦点色センサである、請求項31に記載された方法。   32. The method of claim 31, wherein the sensor is a confocal color sensor. 薄手のウェーハの厚さ、平面度、局所形状を測定する装置であって、前記ウェーハが前面と背面とを有する形式のものにおいて、前記装置が、
第1センサ及び第2センサからの前記ウェーハの距離を較正する第1ステージを含み、前記距離の較正には、
前記第1と第2のセンサ間に、それも適当なホールダ内に、既知厚さのゲージブロックを配置し、かつ平行な表面を包含するようにする作業と、
前記第1及び第2のセンサをZ平面内で調節することで、被検出表面がセンサの測定範囲の中央に位置するようにする作業とが含まれ、前記装置が、また、
前記ウェーハの局所厚さ測定する第2ステージを含み、前記局所厚さの測定にが、更に、
前記ウェーハを適当なホールダ内に配置して前記第1と第2のセンサが前記ウェーハの両表面からの応答を受信できるようにする作業と、
前記ウェーハが、前記適当なホールダ内で予め定めた数の箇所を個別に、又は連続的に移動するようにする作業と、
高さ値を、前記箇所の各箇所で、又は連続的に記録する作業と、
前記高さ値を前記箇所の各箇所で、又は連続的に厚さ値に変換する作業と、
前記ウェーハの形状及び形状変化を数学的に計算する作業と、
前記ウェーハの形状及び形状変化の前記数学的計算をディスプレー手段によって表示する作業とが含まれる、薄手のウェーハの厚さ、平面度、局所形状を測定する装置。
An apparatus for measuring the thickness, flatness, and local shape of a thin wafer, wherein the wafer has a front surface and a back surface.
A first stage for calibrating the distance of the wafer from the first sensor and the second sensor;
Placing a gauge block of known thickness between the first and second sensors, also in a suitable holder, and including parallel surfaces;
Adjusting the first and second sensors in the Z plane so that the surface to be detected is located in the center of the measurement range of the sensor, and the device also includes:
A second stage for measuring the local thickness of the wafer;
Placing the wafer in a suitable holder so that the first and second sensors can receive responses from both surfaces of the wafer;
An operation of moving the wafer individually or continuously in a predetermined number of locations in the appropriate holder;
The operation of recording the height value at each of the locations or continuously,
Converting the height value into a thickness value at each of the locations or continuously, and
Mathematically calculating the shape and shape change of the wafer;
An apparatus for measuring the thickness, flatness, and local shape of a thin wafer, including the operation of displaying the mathematical calculation of the shape and shape change of the wafer by display means.
センサにより得られた前記高さを較正する第3ステージが設けられており、センサにより得られた高さの前記較正には、更に、
センサにより得られた前記高さを較正するための第2ステージが含まれ、センサにより得られた高さの前記較正には、更に、
前記第1と第2のセンサ間に、それも適当なホールダ内に、既知角度の角度ゲージブロックを配置する第1配置作業が含まれ、該角度ゲージブロックの平らな面が前記第1センサに対し直角にされ、該第1センサに対し既知角度の表面が示され、
次いで、前記角度ゲージブロックを180度回転させ、前記角度ゲージブロックの傾斜部を前記第1配置とは反対方向に配置する作業が含まれ、前記角度ゲージブロックが前記第1センサと直角にされ、前記第1センサに対し既知角度の表面が示され、更に、
センサにより収集された高さの較正を数学的に変換することにより前記角度ゲージブロックの傾斜を計算する作業と、
前記角度ゲージブロックを回転させて前記第2センサに呈示し、前記第1センサに適用したように、複数作業段階を反復する作業が含まれる、請求項34に記載された装置。
A third stage is provided for calibrating the height obtained by the sensor, the calibration of the height obtained by the sensor further comprises:
A second stage for calibrating the height obtained by the sensor is included, and the calibration of the height obtained by the sensor further comprises:
A first placement operation is included between the first and second sensors, which also places an angle gauge block of known angle, in a suitable holder, and the flat surface of the angle gauge block is in the first sensor. A surface at a known angle relative to the first sensor is shown,
Then, the angle gauge block is rotated by 180 degrees, and the angle gauge block is inclined in a direction opposite to the first arrangement, and the angle gauge block is perpendicular to the first sensor, A surface at a known angle to the first sensor is shown;
Calculating the slope of the angle gauge block by mathematically transforming the height calibration collected by the sensor;
35. The apparatus of claim 34, comprising rotating the angle gauge block to be presented to the second sensor and applying multiple work steps as applied to the first sensor.
前記センサが共焦点色センサである、請求項34に記載された装置。   The apparatus of claim 34, wherein the sensor is a confocal color sensor.
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