JP2003297890A - 半導体ウェーハ測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来装置に比較して、効果的に装置寸法を小型
化し、装置の多機能化を容易に実現することができる半
導体ウェーハ測定器を提供する。 【解決手段】ウェーハを円盤状回転ステージに載せて回
転させ、かつ４探針プローブまたは膜厚センサヘッドを
ウェーハの半径方向に移動させる。プローブ上下駆動部
取付アームと膜厚センサヘッド取付アームを水平駆動部
の駆動方向と直角に配置し、装置の専有面積を最小にな
らしめている。管理費用および専有面積の低減および半
導体ウェーハ試作ライン，製造ラインにおける測定工程
の簡単化を可能とし、さらに、特に抵抗率測定と膜厚測
定の両方を必要とするポリシリコン膜などの半導体プロ
セスにおいて、抵抗率測定と膜厚測定の同時測定を可能
とする。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
用いる半導体ウェーハ測定装置に関し、特に、４探針法
による抵抗率測定および光学式膜厚測定に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】半導体ウェーハの測定装置のうち４探針
法による抵抗率測定器は、シリコンウェーハの抵抗率、
ウェーハ表面に形成したエピタキシャル成長膜の抵抗
率、及び表面から不純物を拡散又は注入した場合の拡散
層又は注入層のシート抵抗及び表面に生成した金属膜の
シート抵抗などを測定する装置であり、測定結果は各半
導体製造装置のプロセス条件へフィードバックされ、半
導体デバイスの品質を均一に保つための重要な測定装置
の１つである（特許第３１４９４００号参照）。 【０００３】図１２は、特許第３１４９４００号により
提案された半導体ウェーハ抵抗率測定装置の構造概要を
示すブロック図である。測定ステージ１上に置かれた半
導体ウェーハ２の上面に、操作部３からの制御情報に基
づき制御された４探針プローブ４が接触し、抵抗率計測
部５からの電気信号により抵抗率の測定が行われる。プ
ローブ上下駆動部６は、操作部からの制御情報に基づき
４探針プローブ４を降下させ半導体ウェーハ２に接触さ
せる役割をもつ。プローブ水平駆動部７は、プローブ上
下駆動部６と、４探針プローブ４を半導体ウェーハ２の
直径方向に移動させ、また回転駆動部８は、半導体ウェ
ーハ２を載置した測定ステージ１を回転させ、両者７，
８の動作により、半導体ウェーハ２上の所望の位置にお
ける測定を可能にする機能を持つ。電源部９は制御部１
０に電力を供給し、表示部１１は測定位置情報，測定結
果ほかのデータを表示する。本提案は半導体ウェーハ上
の任意の点を測定するための手段として、４探針プロー
ブを移動させ半導体ウェーハを回転させる方式を使用し
ているが、このほかに、４探針プローブを固定し半導体
ウェーハを移動させる方式もある。 【０００４】一方、半導体ウェーハ膜厚測定器は、表面
に形成した酸化膜，窒化膜，レジスト膜，ポリシリコン
膜ほか、その他の膜の膜厚，屈折率などの光学定数を非
接触で測定する装置であって、それらの測定結果は各半
導体製造装置のプロセス条件へフィードバックされ、半
導体デバイスの品質を均一に保つための重要な役割を果
たしている。 【０００５】図１３は従来の半導体ウェーハ膜厚測定器
の構造概要を示すブロック図である。測定ステージ１上
に置かれた半導体ウェーハ２の上面に、操作部３からの
制御情報に基づき制御された膜厚センサヘッド１４が移
動し、膜厚計測部１５により膜厚の測定が行われる。水
平駆動部１６は、膜厚センサヘッド１４を半導体ウェー
ハ２の直径方向に移動させ、また回転駆動部８は、半導
体ウェーハ２を載置した測定ステージ１を回転させ、両
者１６，８の動作により、半導体ウェーハ２上の所望の
位置における測定を可能にする機能を持つ。電源部９は
制御部１０に電力を供給し、表示部１１は測定位置情
報，測定結果ほかのデータを表示する。なお、膜厚測定
方式が光干渉方式の場合、膜厚センサヘッド１４は投光
および受光用の光ファイバからなる場合と、投光器又は
投光用の光ファイバ，顕微鏡，受光用光ファイバからな
る場合と、投光器又は投光用光ファイバ，顕微鏡，分光
器，受光器からなる場合とがある。図１３は半導体ウェ
ーハ上の任意の点の膜厚を測定するための手段として膜
厚センサヘッドを移動させ半導体ウェーハを回転させる
方式を使用しているが、このほかに膜厚センサヘッドを
固定し半導体ウェーハを移動させる方式もある。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】従来、半導体ウェーハ
上の任意の点を測定するための手段として、４探針プロ
ーブまたは膜厚センサヘッドを移動させ半導体ウェーハ
を回転させる方式を使用する場合、図１１（ａ）に示す
ように、４探針プローブまたは膜厚センサヘッド取付ア
ームが４探針プローブまたは膜厚センサヘッドの移動方
向と同じ方向に配置されており、４探針プローブまたは
膜厚センサヘッドはこの図では上下に移動する。図１１
（ａ）の左側の図は４探針プローブまたは膜厚センサヘ
ッドが半導体ウェーハの中央に移動した様子を示し、図
１１（ａ）の右側の図は４探針プローブまたは膜厚セン
サヘッドが半導体ウェーハの上辺に移動した様子を示し
ている。この図から明らかなように、おおよその最小専
有面積はウェーハの直径をＤとしたとき、１．５（Ｄ＋
α）² となる。（α≒５ｃｍ） また、従来、半導体ウェーハ上の任意の点を測定するた
めの手段として、４探針プローブまたは膜厚センサヘッ
ドを固定し、ウェーハを移動させる方式を使用している
場合には、ウェーハを移動させる方式として円盤状回転
ステージ上にウェーハを載せ、その円盤状回転ステージ
をウェーハの半径方向に移動させる方法がとられる。ま
た、Ｘ−Ｙステージ上にウェーハを載せ移動させる方法
もある。ウェーハを移動させるため測定器筐体形状が大
きくなり、設置に必要なスペースも大きくなる。以下、
図１１（ｂ）と（ｃ）を参照して説明する。おおよその
最少専有面積は、Ｒ−θステージの場合、ウェーハの直
径をＤとしたとき、１．５（Ｄ＋α）² となり、Ｘ−Ｙ
ステージの場合、４（Ｄ＋α）² となる（α≒５ｃ
ｍ）。特に、インラインモニタとして半導体プロセス処
理装置に測定器を組み込む際に、筐体形状が大きいこと
は大いに問題となる。 【０００７】さらに上述したように、半導体ウェーハ抵
抗率測定器と膜厚測定器は、半導体ウェーハ上に形成さ
れた各種の薄膜、各種の層の抵抗率または膜厚の測定に
広く使用されている。半導体ウェーハの研究開発部門，
試作ライン，製造ラインでは、同じフロアに上記の２種
の測定器の両方が設置されている場合が多い。これらの
測定器は測定原理が異なることから、異種の独立した測
定器として開発され使用されてきた。それぞれ、個別に
購入し、個別の床面積を専有し、個別に使用し、個別に
管理してきた。当該費用も個別に発生する。 【０００８】本発明は、従来技術のこのような欠点を解
消し、従来装置に比較して、効果的に装置寸法を小型化
し、装置の多機能化を容易に実現することができる半導
体ウェーハ測定器を提供するものである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明による半導体ウェーハ測定器は、被測定の半
導体ウェーハを載置する円盤状測定ステージと、該測定
ステージを回転させる回転駆動部とを備え、該測定ステ
ージ上に載置された半導体ウェーハ上面に接触して前記
半導体ウェーハの抵抗率を測定するための４探針プロー
ブ、および、該４探針プローブを上下方向に移動させる
プローブ上下駆動部の組合せと、該測定ステージ上に載
置された半導体ウェーハの上面に形成された薄膜の膜厚
を測定するための膜厚センサヘッドとの少なくとも一方
を備え、該プローブ上下駆動部と前記４探針プローブと
前記膜厚センサヘッドとを前記測定ステージの半径方向
に移動させる水平駆動部と、前記水平駆動部の駆動方向
に直角に配置したプローブ上下駆動部取付アームと膜厚
センサヘッド取付アームとを備え、測定点の位置と前記
４探針プロ−ブと前記膜厚センサヘッドのうちの選択す
べき一方または両方を指定する制御情報を入力する操作
部と、該測定点の位置と前記選択すべきプロ−ブまたは
膜厚センサヘッドまたはその両方を表示する表示部と、
該制御情報に従って前記回転駆動部と前記水平駆動部と
前記プローブ上下駆動部を駆動し、前記半導体ウェーハ
の上面の指定された位置に前記４探針プローブを接触さ
せ、前記半導体ウェーハの上面の指定された位置の直上
に前記膜厚センサヘッドを移動させる制御部と、抵抗率
を測定するために前記４探針プローブに接続される抵抗
率計測部と、膜厚を測定するために前記膜厚センサヘッ
ドに接続される膜厚計測部とを備えた半導体ウェーハ測
定器であって、前記水平駆動部の駆動方向と直角に配置
した前記プローブ上下駆動部取付アームと前記膜厚セン
サヘッド取付アームを前記円盤状測定ステージの半径方
向に移動することにより、最小の専有面積を有する筐体
形状を得るとともに、前記半導体ウェーハの種類に対応
して前記４探針プローブまたは前記膜厚センサヘッドま
たはその両方を選択し、その選択された前記４探針プロ
ーブまたは前記膜厚センサヘッドまたはその両方によ
り、前記半導体ウェーハの抵抗率または膜厚またはその
両方を測定するように構成されたことを特徴とする構成
を有している。 【００１０】筐体形状が大きいという従来の技術の問題
点を解決するため、本発明では具体的には次の手段を設
けている。 （１）ウェーハを円盤状回転ステージに載せて回転さ
せ、かつ４探針プローブまたは膜厚センサヘッドをウェ
ーハの半径方向に移動させる。その際、プローブ上下駆
動部取付アームと膜厚センサヘッド取付アームを水平駆
動部の駆動方向と直角に配置し、装置の専有面積を最小
にならしめている。 （２）おおよその最小専有面積はウェーハの直径をＤと
したとき、（Ｄ＋α）²となり、従来の方法に比べて小
さい。（α≒５ｃｍ） （３）具体的な方法は次のとおりである。 ａ．円盤状回転ステージを回転させる方法として、ステ
ージの軸とモータをベルトで結び、回転させる。このほ
か、いわゆるダイレクトモニタを用いることもできる。 ｂ．４探針プローブまたは膜厚センサをウェーハの半径
方向に移動させる方法として電動モータでボールネジを
回転させ、その回転によりボールネジとガイドレールに
取り付けられた取付金具とアームと、さらに、その先端
の４探針プローブまたは膜厚センサヘッドを移動させ
る。 【００１１】さらに、本発明は、抵抗率測定と膜厚測定
の両方の機能を持ち、半導体ウェーハ上に形成された各
種の薄膜、各種の層を１台の測定器で測定し、測定器購
入費用と管理費用および専有面積の低減および半導体ウ
ェーハ試作ライン，製造ラインにおける測定工程の簡単
化を可能とし、さらに、特に抵抗率測定と膜厚測定の両
方を必要とするポリシリコン膜などの半導体プロセスに
おいて、抵抗率測定と膜厚測定の同時測定を可能とし、
測定工程と測定時間の短縮を可能とする半導体ウェーハ
測定器を実現するものである。 【００１２】 【発明の実施の形態】本発明による半導体ウェーハ測定
器は、図１に示すように、被測定の半導体ウェーハ２を
載置する円盤状測定ステージ１と、測定ステージ１を回
転させる回転駆動部８とを備え、測定ステージ１上に載
置された半導体ウェーハ２の上面に接触して半導体ウェ
ーハ２の抵抗率を測定するための４探針プローブ４、お
よび、４探針プローブ４を上下方向に移動させるプロー
ブ上下駆動部６の組合せと、測定ステージ１上に載置さ
れた半導体ウェーハ２の上面に形成された薄膜の膜厚を
測定するための膜厚センサヘッド１４との少なくとも一
方を備え、プローブ上下駆動部６と４探針プローブ４と
膜厚センサヘッド１４とを測定ステージ１の半径方向に
移動させる水平駆動部１６と、水平駆動部１６の駆動方
向に直角に配置したプローブ上下駆動部取付アーム１６
−６（図３に示す）と膜厚センサ取付アーム１６−７
（図３に示す）とを備え、測定点の位置と４探針プロ−
ブ４と膜厚センサヘッド１４のうちの選択すべき一方ま
たは両方を指定する制御情報を入力する操作部３と、測
定点の位置と選択すべきプローブまたは膜厚センサヘッ
ドまたはその両方を表示する表示部１１と、該制御情報
に従って回転駆動部８と水平駆動部１６とプローブ上下
駆動部６を駆動し、半導体ウェーハ２の上面の指定され
た位置に前記プローブを接触させ、半導体ウェーハ２の
上面の指定された位置の直上に膜厚センサヘッド１４を
移動させる制御部１０と、抵抗率を測定する抵抗率計測
部５と膜厚を測定する膜厚計測部１５とを備えた半導体
ウェーハ測定器であって、水平駆動部１６の駆動方向と
直角に配置したプローブ上下駆動部取付アーム１６−６
と膜厚センサヘッド取付アーム１６−７を円盤状測定ス
テージ１の半径方向に移動することにより、最小の専有
面積を有する筐体形状を得るとともに、半導体ウェーハ
２の種類に対応して４探針プローブ４または膜厚センサ
ヘッド１４またはその両方を選択し、その選択された４
探針プローブ４または膜厚センサヘッド１４またはその
両方により、半導体ウェーハ２の抵抗率または膜厚また
はその両方を測定するように構成されている。 【００１３】図２はプローブ上下駆動部６の一例を示す
図である。このプローブ上下駆動部６は、プローブ取付
金具６−１と、プローブ取付金具６−１に取付けられた
カムフォロワ６−２と、直線状カム６−３及び直線状カ
ム６−３と連結し直線状カム６−３を水平に動かすエア
シリンダ６−４により構成される。エアシリンダ６−４
により駆動される直線状カム６−３が水平に移動するこ
とによりカムフォロワ６−２が上下し、カムフォロワ６
−２と連結したプローブ取付金具６−１及び４探針プロ
ーブ４が上下制御される。本例では、カムフォロワ６−
２とプローブ取付金具６−１を上下に移動させる手段と
して直線状カム６−３を使用しているが、その代わり
に、例えば、楕円形カム又は円形偏心カムを使用し、ま
た、その楕円形カム又は円形偏心カムを回転させる手段
として電動モータを用いることができる。 【００１４】図３は水平駆動部１６の平面図である。図
３を用いて、水平駆動部１６の動作を説明する。水平駆
動部１６には、プローブ上下駆動部取付アーム１６−６
を介して図２に示したプローブ上下駆動部６と４探針プ
ローブ４が、また、膜厚センサヘッド取付アーム１６−
７を介して膜厚センサヘッド１４が取付けられる。プロ
ーブ上下駆動部取付アーム１６−６と膜厚センサヘッド
取付アーム１６−７はボールネジ１６−３による駆動方
向（図３では左右方向）とは直角の方向にプローブ・膜
厚センサヘッド取付金具１６−１に取付けられる。水平
駆動部１６は、電動モータ１６−２，ボールネジ１６−
３，ガイドレール１６−４，ベルト１６−５，プローブ
・膜厚センサヘッド取付金具１６−１，プローブ上下駆
動部取付アーム１６−６および膜厚センサヘッド取付ア
ーム１６−７より構成される。電動モータ１６−２を駆
動し、ベルト１６−５を介してボールネジ１６−３を回
転させることにより、プローブ・膜厚センサヘッド取付
金具１６−１とプローブ上下駆動部取付アーム１６−６
とプローブ上下駆動部６と４探針プローブ４および膜厚
センサヘッド取付アーム１６−７と膜厚センサヘッド１
４を水平に、この図３では左右に移動させる。なお電動
モータ１６−２が発生する駆動力をボールネジ１６−３
に伝えるのにベルトの代わりに電動モータ１６−２とボ
ールネジ１６−３を同軸上で接続するカップリングを用
いることもできる。さらに、プローブ４と膜厚センサヘ
ッド１４を水平方向に移動させる手段としていわゆるリ
ニアモータを使用することも可能である。 【００１５】図４に回転駆動部８の平面図を示す。電動
モータ８−１が回転すると、ベルト８−２を介して、プ
ーリー８−３に回転動作が伝達され、プーリー８−３に
固定された円盤状測定ステージ１を回転させる。なお、
ベルト８−２を使用せずに、円盤状回転ステージ１に直
結するいわゆるダイレクトドライブの電動モータを使用
することもできる。 【００１６】図５に、円盤状測定ステージ１，半導体ウ
ェーハ２，水平駆動部１６，回転駆動部８，プローブ上
下駆動部６，膜厚センサヘッド１４と４探針プローブ４
の配置を示す。 【００１７】図５，図６，図７及び図８を参照して、本
発明装置における円盤状測定ステージ１上に配置された
半導体ウェーハ２の測定点に対する４探針プローブ４の
位置決め方法を説明する。図５に示すとおり、プローブ
・膜厚センサヘッド取付金具１６−１の図示の右側に４
探針プローブ４が、左側に膜厚センサヘッド１４が取付
けられているものとする。ただし、これらが逆に、すな
わちプローブ・膜厚センサヘッド取付金具１６−１の図
示の左側に４探針プローブ４が、右側に膜厚センサヘッ
ド１４が取付けられていても、基本的な位置決め方法は
変わらない。 【００１８】図６は半導体ウェーハ２が円盤状測定ステ
ージ１上に置かれた位置決め前の状態を示す。水平駆動
部１６によりプローブ４が移動する方向Ｌ−Ｌ’を基準
方向とする。通常、半導体ウェーハ２のノッチ又はオリ
エンテーションフラット２−１は、基準方向Ｌ−Ｌ’に
一致して置かれる。円盤状測定ステージ１の回転中心を
Ｏとし、所望の測定点の位置をＰとする。円盤状測定ス
テージ１の回転中心Ｏと測定点Ｐとの距離をＲとし、線
分ＯＰが基準方向Ｌ−Ｌ’となす角をθとする。 【００１９】図７は位置決め後の状態を示す。測定点の
位置決めは、次の二つの動作により行う。 （１）４探針プローブ４を水平駆動部１６により、円盤
状測定ステージ１の回転中心ＯよりＬ’方向にＲだけ離
れた位置に移動させる。 （２）円盤状回転ステージ１を回転駆動部８により基準
方向Ｌ−Ｌ’よりθだけ時計方向に回転させる。この二
つの動作により半導体ウェーハ２上の所望の測定点の直
上に４探針プローブ４が移動する。膜厚センサヘッド１
４に関しても詳細な図示は省くが４探針プローブ４と同
様に、膜厚センサヘッド１４を水平駆動部１６により円
盤状測定ステージ１の回転中心ＯよりＬ方向にＲだけ離
れた位置に移動させ、円盤状回転ステージ１を回転駆動
部８により基準方向Ｌ−Ｌ’より１８０°−θだけ反時
計方向に回転させることにより、半導体ウェーハ２上の
所望の測定点の直上に膜厚センサヘッド１４を移動する
ことができる。 【００２０】４探針プローブ４と膜厚センサヘッド１４
を水平駆動部１６により円盤状測定ステージ１の回転中
心ＯよりＲだけ離れた位置に移動させるに当たっては、
水平駆動部１６上における４探針プローブ４と膜厚セン
サヘッド１４の取付位置を勘案して移動量が制御され
る。ここで、図８により各４探針プローブ４と膜厚セン
サヘッド１４の移動量の制御について説明する。まず、
抵抗率測定の場合、すなわち、４探針プローブを使用す
る場合（ａ）、４探針プローブ４を水平駆動部１６によ
り円盤状回転ステージ１の回転中心ＯよりＲだけ離れた
位置に移動させる。また、膜厚測定の場合、すなわち膜
厚センサヘッドを使用する場合（ｂ）、膜厚センサヘッ
ド１４を水平駆動部１６により円盤状回転ステージ１の
回転中心ＯよりＲだけ離れた位置に移動させる。上記の
動作により、４探針プローブまたは膜厚センサヘッドの
いずれを使用する場合でも、４探針プローブまたは膜厚
センサヘッドを半導体ウェーハ２上の所望の点の直上に
移動させることができる。次に抵抗率測定と膜厚測定の
両方を同時に行う場合、すなわち４探針プローブと膜厚
センサヘッドの両方を同時に使用する場合（ｃ）につい
て説明する。４探針プローブ４の位置をＰ，膜厚センサ
ヘッド１４の位置をＰ’とする。ＰとＰ’の距離をＬと
し、Ｌは調整できるようにしておく。Ｐ’は、Ｐと円盤
状測定ステージ１の回転中心Ｏを通る直線上にあり、か
つＯに関しＰと反対側で、ＯよりＲ’＝Ｌ−Ｒだけ離れ
た点にある。Ｐの位置を設定すると、上記のＰとＰ’の
位置関係をもとにＰ’の位置も定まる。 【００２１】図９は、図５の配置形式による構成例を示
す側面図である。図８までに示したものと同一構造部分
には、対応する同一の参照符号を付して示している。円
盤状測定ステージ１上に置かれた半導体ウェーハ２の上
面の所定の位置に４探針プローブ４が接触し抵抗率計測
部５（図１に示す）からの電気信号により抵抗率の測定
が行われる。プローブ上下駆動部６は４探針プローブ４
をウェーハ上に降下させ、ウェーハに接触させる役割を
持つ。水平駆動部１６は、４探針プローブ４を半導体ウ
ェーハ２の直径方向に移動させ、また回転駆動部８は半
導体ウェーハ２を回転させ、両者の動作により半導体ウ
ェーハ２上の所望の位置における測定を可能とする。ま
た同様に、円盤状測定ステージ１上に置かれた半導体ウ
ェーハ２上の所定の位置の上部に膜厚センサヘッド１４
を移動させ、光学的に接続された膜厚計測部１５（図１
に示す）により膜厚の測定が行われる。膜厚測定におけ
る水平駆動部１６と回転駆動部８の役割は、抵抗率測定
におけるそれと同じである。 【００２２】図９では１台の水平駆動部１６にプローブ
上下駆動部６、４探針プローブ４、膜厚センサヘッド１
４が取付けられているが、２台の水平駆動部を持ち、そ
のうちの１台にプローブ上下駆動部と４探針プローブ、
他の１台に膜厚センサヘッドを取付けることは、、抵抗
率と膜厚の同時測定を行う場合、それぞれの測定位置の
自由度を上げるうえで、有効である。既に述べたよう
に、膜厚測定方式が光干渉方式の場合、膜厚センサヘッ
ドは投光および受光用光ファイバからなる場合と、投光
器又は採光用の光ファイバ，顕微鏡，受光用光ファイバ
からなる場合と投光器又は投光用の光ファイバ，顕微
鏡，分光器，受光器からなる場合とがあり、図９は膜厚
センサヘッドが投光および受光用の光ファイバからなる
場合を示している。膜厚センサヘッドが上記のその他の
場合においても本発明が適用されることは言うまでもな
い。 【００２３】図１０に測定項目を指定する構成の一例を
示す。制御部１０に接続された表示部１１に測定項目指
定画面を表示し、同じく制御部１０に接続された操作部
３により測定項目を指定する。図１０の表示部では、抵
抗率測定と膜厚測定の両方を指定した例を示している。 【００２４】 【発明の効果】以上の詳細な説明から理解されるよう
に、本発明は従来装置に比較して効果的に装置寸法を小
型化し、かつ、抵抗率と膜厚の両方を測定するという装
置の多機能化を実現するものである。通常半導体製造の
ためのクリーンルーム内に設置するいわゆるスタンドア
ロン式の測定器において、その装置寸法を小型化し専有
面積を小さくすることは、高額なクリーンルームの建設
・維持コストの削減につながり、経済的効果がはなはだ
大きい。また、抵抗率と膜厚の両方を１台の測定器で測
定することにより測定工程と測定時間を短縮することが
でき、生産効率を高め製造コストを低減する上で多大の
効果を発揮する。 【００２５】本発明は上述のスタンドアロン式測定器の
みにとどまらず、次に述べるインプロセスモニタリング
の分野において十分にその効果を発揮する。すなわち、
現在半導体製造工場では、ＦＡ（ファクトリーオートメ
ーション）の一環として各プロセス処理装置の内部に測
定器を組み込み、プロセス処理前後に半導体ウェーハの
特性を測定するいわゆるインプロセスモニタリングが行
われようとしている。その主要な目的の一つは、あるロ
ットのウェーハのプロセス処理直後に処理されたウェー
ハの特性を測ることにより装置のプロセス処理特性の何
らかの原因による変動を検知し、以後のプロセス処理に
対し、すみやかに、プロセス処理条件を修正・変更して
最適なものとすることである。装置外に置かれたスタン
ドアロン式の測定器で同様なことを行おうとしても、プ
ロセス処理後にウェーハを測定器の場所まで搬送し、一
定の時間経過後に測定を行うことになるため、その段階
ではすでに後続のロットのプロセス処理が行われている
ということも有り得る。万一、プロセス処理特性の変動
が非常に大きかった場合には、ロット不良を来す可能性
があり、高価な半導体ウェーハの滅失という大きな損害
をもたらす恐れがある。 【００２６】このような意味で測定器をプロセス処理装
置に組込むのであるが、プロセス処理装置はもともと測
定器を組込むことを考慮して設計されていない場合があ
り、その場合、現存のスペースになんとか組込むための
方策をとることになる。また、新たに設計するプロセス
処理装置にあっても、本来プロセス処理を行うための機
構部の動作の妨げにならならないようにするため測定器
の組込みが困難となる場合が生じる。いずれの場合で
も、測定器の装置寸法が小さいことが組込みの可否を左
右する最も重要なファクターとなる。本発明は最小寸法
の測定器を提供するものであり、その意義ははなはだ大
きい。 【００２７】また、半導体ウェーハのプロセス処理装置
の処理対象薄膜としては酸化膜，窒化膜，レジスト膜，
ポリシリコン膜，チタンナイトライド膜ほかがある
が、、このうちポリシリコン膜，チタンナイトライド膜
などの導電性薄膜は抵抗率（薄膜を測定する場合は、あ
る式で換算し、シート抵抗と称する）と膜厚の両方を測
定することが多い。この場合、抵抗率と膜厚のどちらか
片方のみを測定する機能を有する従来の測定器において
は、まず、装置に組込まれた測定器でどちらか一方の測
定項目を測定し、その後、装置外にウェーハを搬出し、
他の測定器で残された他方の測定項目を測定するという
別の測定工程が必要となり、インプロセスモニタリング
としての本来の機能を果たせないことになる。抵抗率測
定と膜厚測定の両方又はいずれか一方の測定を選択して
可能とする本発明においては、プロセス処理装置に組込
まれた１台の測定器で、両方の測定項目を測定すること
ができ、測定工程と測定時間の短縮を図るとともに、本
来のインプロセスモニタリングの機能を十分に果たすこ
とが可能になる。 【００２８】以上述べたように、本発明は一般のスタン
ドアロン式測定器、および、プロセス処理装置に組込み
インプロセスモニタリングに使用する組込み式測定器の
いずれの場合においても十分にその特長を発揮し、多大
の技術的・経済的効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による半導体ウェーハ抵抗率測定器の構
成系統例を示すブロック図である。 【図２】本発明の実施例におけるプローブ上下駆動部の
構造概要を示す側面図である。 【図３】本発明の実施例におけるプローブ水平駆動部の
構造概要を示す平面図である。 【図４】本発明装置の実施例における回転駆動部の構造
例を示す平面図である。 【図５】本発明装置の第１の実施例における４探針プロ
ーブ，プローブ上下駆動部，膜厚センサヘッド，水平駆
動部，回転駆動部，半導体ウェーハ及び円盤状測定ステ
ージの配置構成例を示す平面図である。 【図６】本発明装置の実施例における円盤状測定ステー
ジ上に配置された半導体ウェーハに対する４探針プロー
ブの位置決め前と位置決め後の状態を説明するための平
面略図である。 【図７】本発明装置の実施例における円盤状測定ステー
ジ上に配置された半導体ウェーハに対する４探針プロー
ブの位置決め前と位置決め後の状態を説明するための平
面略図である。 【図８】本発明装置の実施例における円盤状測定ステー
ジ上に配置された半導体ウェーハに対する４探針プロー
ブの位置決めのための４探針プローブの移動量の制御を
説明するための平面略図（ａ）（ｂ）（ｃ）である。 【図９】図５の配置形式による構成例を示す側面図であ
る。 【図１０】本発明装置における測定項目の指定機構を説
明するためのブロック図である。 【図１１】従来の半導体ウェーハ測定器の基本的構造と
専有面積を説明する略図である。 【図１２】従来の半導体ウェーハ抵抗率測定器の構成系
統を示すブロック図である。 【図１３】従来の半導体ウェーハ膜厚測定器の構成系統
を示すブロック図である。 【符号の説明】 １ 測定ステージ ２ 半導体ウェーハ ２ー１ ノッチ又はオリエンーションフラット ３ 操作部 ４ ４探針プローブ ５ 抵抗率計測部 ６ プローブ上下駆動部 ６−１ プローブ取付金具 ６−２ カムフォロワ ６−３ 直線状カム ６−４ エアシリンダ ７ プローブ水平駆動部 ８ 回転駆動部 ８−１ 電動モータ ８−２ ベルト ８−３ プーリー ９ 電源部 １０ 制御部 １１ 表示部 １４ 膜厚センサヘッド １５ 膜厚計測部 １６ 水平駆動部 １６−１ プローブ・膜厚センサヘッド取付金具 １６−２ 電動モータ １６−３ ボールネジ １６−４ ガイドレール １６−５ ベルト １６−６ プローブ上下駆動部 １６−７ 膜厚センサヘッド取付アーム

フロントページの続き (72)発明者 三橋 誠二 東京都羽村市神明台２−６−13 国際電気 アルファ株式会社内 (72)発明者 樫山 幸晴 東京都羽村市神明台２−６−13 国際電気 アルファ株式会社内 (72)発明者 蛭田 春樹 東京都羽村市神明台２−６−13 国際電気 アルファ株式会社内 (72)発明者 木下 和彦 東京都羽村市神明台２−６−13 国際電気 アルファ株式会社内 Ｆターム(参考） 2G011 AA03 AA12 AA21 AC00 AD01 AE03 AF00 4M106 AA01 BA14 CA10 CA48 DH03 DH09 DH51 DJ06

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 被測定の半導体ウェーハを載置する円盤
   状測定ステージと、 該測定ステージを回転させる回転駆動部とを備え、 該測定ステージ上に載置された半導体ウェーハの上面に
   接触して前記半導体ウェーハの抵抗率を測定するための
   ４探針プローブ、および、該４探針プローブを上下方向
   に移動させるプローブ上下駆動部の組合せと、 該測定ステージ上に載置された半導体ウェーハの上面に
   形成された薄膜の膜厚を測定するための膜厚センサヘッ
   ドとの少なくとも一方を備え、 該プローブ上下駆動部と前記４探針プローブと前記膜厚
   センサヘッドとを前記測定ステージの半径方向に移動さ
   せる水平駆動部と、前記水平駆動部の駆動方向に直角に
   配置したプローブ上下駆動部取付アームと膜厚センサヘ
   ッド取付アームとを備え、 測定点の位置と前記４探針プロ−ブと前記膜厚センサヘ
   ッドのうちの選択すべき一方またはその両方を指定する
   制御情報を入力する操作部と、 該測定点の位置と前記選択すべきプロ−ブまたは膜厚セ
   ンサヘッドまたはその両方を表示する表示部と、 該制御情報に従って前記回転駆動部と前記水平駆動部と
   前記４探針プローブ上下駆動部を駆動し、前記半導体ウ
   ェーハの上面の指定された位置に前記プローブを接触さ
   せ、前記半導体ウェーハの上面の指定された位置の直上
   に前記膜厚センサヘッドを移動させる制御部と、 抵抗率を測定するために前記４探針プローブに接続され
   る抵抗率計測部と、 膜厚を測定するために前記膜厚センサヘッドに接続され
   る膜厚計測部とを備えた半導体ウェーハ測定器であっ
   て、 前記水平駆動部の駆動方向と直角に配置した前記プロー
   ブ上下駆動部取付アームと前記膜厚センサヘッド取付ア
   ームを前記円盤状測定ステージの半径方向に移動するこ
   とにより、最小の専有面積を有する筐体形状を得るとと
   もに、 前記半導体ウェーハの種類に対応して前記４探針プロー
   ブまたは前記膜厚センサヘッドまたはその両方を選択
   し、その選択された前記４探針プローブまたは前記膜厚
   センサヘッドまたはその両方により、前記半導体ウェー
   ハの抵抗率または膜厚またはその両方を測定するように
   構成されたことを特徴とする半導体ウェーハ測定器。