JP2010286493A - Substrate inspecting apparatus - Google Patents

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Yoko Naka
庸行 中
Akihiro Katanishi
章浩 片西
Masaaki Ko
正章 鉤
Yoshiyuki Nakajima
嘉之 中島
Kimihiko Arimoto
公彦 有本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate inspecting apparatus, capable of precisely measuring automatically and analyzing at least the stress and film thickness at a prescribed measuring point in each of all the manufactured semiconductor substrates, so as to contribute to the establishment of a substrate production process of high performance and high productivity. <P>SOLUTION: The inspecting apparatus includes: a conveying device for conveying a wafer to be measured 3 onto a movable specimen support 4; an optical microscope 10 for observing a measuring point P on the surface of the wafer 3 on the specimen support 4; an ellipsometer optical system 40 for irradiating the measuring point P with polarized light L<SB>3</SB>of a multi-wavelength to output information regarding the wafer surface; a Raman spectroscopic optical system 20 for irradiating the measuring point P on the wafer 3 with a laser beam to output other information regarding the wafer 3; and a computer 60 for analyzing and outputting physical information, such as film thickness, refractive index, stress, and composition, on the basis of the pieces of information thus provided. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウェハや液晶パネルなどの基板の検査装置に関し、特に、これら基板の表面に形成された薄膜、あるいは各種パターン化された微細加工部の応力や組成、さらに薄膜の厚みや屈折率を自動測定する基板検査装置に関する。   The present invention relates to an inspection apparatus for a substrate such as a semiconductor wafer or a liquid crystal panel, and in particular, a thin film formed on the surface of these substrates, or stress and composition of various patterned microfabricated portions, and further, a thin film thickness and refractive index. It is related with the board | substrate inspection apparatus which measures automatically.

半導体製造工程において、半導体ウェハなどの基板の品質管理は極めて重要である。特に、半導体ウェハ表面などに形成された薄膜の厚み、屈折率、応力、組成などの物理情報を得て、これが適切な状態になるように管理することにより、この半導体ウェハを用いて形成する半導体デバイスや電子回路を安定のよい性能に維持することが必要である。   In semiconductor manufacturing processes, quality control of substrates such as semiconductor wafers is extremely important. In particular, a semiconductor formed using this semiconductor wafer by obtaining physical information such as thickness, refractive index, stress, composition, etc. of the thin film formed on the surface of the semiconductor wafer and managing it so that it is in an appropriate state. It is necessary to maintain devices and electronic circuits with stable performance.

ところで、半導体デバイスでは、サブ100nm領域において高性能大規模集積回路(LSI)を実現するためにCMOS回路が用いられており、半導体製造において、CMOS回路の高性能化、高速化が極めて重要な要素である。そして、CMOS回路を高性能化、高速化するためには、ゲート長を短くする方法と、キャリア速度を増大させる方法があるが、ゲート長を短くするために回路を微細化すると、ショートチャネル効果が生じるので、回路の微細化には限界がある。   By the way, in a semiconductor device, a CMOS circuit is used in order to realize a high-performance large-scale integrated circuit (LSI) in a sub 100 nm region. In semiconductor manufacturing, it is extremely important to improve the performance and speed of the CMOS circuit. It is. In order to increase the performance and speed of the CMOS circuit, there are a method of shortening the gate length and a method of increasing the carrier speed. If the circuit is miniaturized to shorten the gate length, the short channel effect is achieved. Therefore, there is a limit to miniaturization of the circuit.

そこで、近年はゲート長をそれほど短くせずに高性能化を達成する技術として、通常のシリコンよりはるかに大きなキャリア移動度を有する歪みシリコンを用いる半導体の製造技術が注目されている。これは、格子定数の大きなSiGe層上にシリコン層を形成し、このシリコン層(薄膜)に引っ張り歪みを加えることにより、シリコンバンド構造を変調させてキャリア移動度の向上を実現する技術である。また、短チャネル効果を抑制しつつMOSFETの性能を向上させるために、ゲート酸化膜の薄膜化も行われているがこれにも限界があるので、酸化膜の薄膜化を伴わないMOSFETの高性能化の手段としても歪みシリコン技術が注目されている。   Therefore, in recent years, as a technique for achieving high performance without reducing the gate length so much, a semiconductor manufacturing technique using strained silicon having carrier mobility much higher than that of normal silicon has attracted attention. In this technique, a silicon layer is formed on a SiGe layer having a large lattice constant, and tensile strain is applied to the silicon layer (thin film), thereby modulating the silicon band structure and realizing improvement in carrier mobility. In addition, in order to improve the performance of the MOSFET while suppressing the short channel effect, the gate oxide film is also thinned, but there is a limit to this, so the high performance of the MOSFET without the thinning of the oxide film. Strained silicon technology is attracting attention as a means of achieving this.

したがって、とりわけ近年の半導体ウェハの製造工程においては、薄膜の厚みや応力測定に関する検査を行って品質管理・生産性向上を図ることが必要となりつつある。そして、従来からシリコンなどの半導体材料の応力測定に関してはラマン分光技術が知られている。このラマン分光技術を用いた応力測定は、例えば単結晶シリコンで、応力が作用した場合ラマンスペクトルがシフトすることを利用し、ラマンスペクトルのピーク位置の変化から測定点における応力を推定するものである。   Therefore, in particular, in recent semiconductor wafer manufacturing processes, it is becoming necessary to perform quality control and productivity improvement by performing inspections relating to thin film thickness and stress measurement. Conventionally, Raman spectroscopy is known for measuring stress of semiconductor materials such as silicon. The stress measurement using this Raman spectroscopic technique is to estimate the stress at the measurement point from the change in the peak position of the Raman spectrum by utilizing the shift of the Raman spectrum when the stress is applied, for example, with single crystal silicon. .

下記特許文献1は、半導体デバイス製造工程におけるラマン分光を用いた応力測定を行う応力測定方法および応力測定装置の構成を示している。この特許文献1に示されるような応力測定装置によって製造工程における応力に関する各部の検査を行って、品質管理や生産性向上を行うことが考えられる。   The following Patent Document 1 shows a configuration of a stress measurement method and a stress measurement apparatus that perform stress measurement using Raman spectroscopy in a semiconductor device manufacturing process. It is conceivable to perform quality control and productivity improvement by inspecting each part related to stress in the manufacturing process by using a stress measuring apparatus as disclosed in Patent Document 1.

特開平8−5471号公報JP-A-8-5471 特開平9−213652号公報JP 9-213652 A

ところが、特許文献1に示される応力測定装置は、複数枚のウェハ表面を順次自動測定することに対応していないので、製造された全数の半導体ウェハや半導体デバイスなどに対して、その品質評価を十分に行うことはできず、そのため、ウェハの製造工程における工程管理を的確に行うことが難しかった。また、半導体ウェハの製造に関しては、各微細加工部における応力に加えて膜厚を求めて、応力と膜厚の相関関係を知ることも重要であるが、測定対象のウェハに対して応力と膜厚の両方を測定することはできなかった。   However, since the stress measuring apparatus shown in Patent Document 1 does not support the automatic measurement of the surface of a plurality of wafers sequentially, the quality evaluation is performed on all manufactured semiconductor wafers and semiconductor devices. Therefore, it has been difficult to perform the process management accurately in the wafer manufacturing process. In addition, regarding the manufacture of semiconductor wafers, it is important to obtain the film thickness in addition to the stress at each microfabricated part and to know the correlation between the stress and the film thickness. Both thicknesses could not be measured.

加えて、半導体デバイスにおいて、トレンチ構造のような厚い酸化膜を埋め込む場合には、その微細加工部の周辺で特に顕著な応力集中が生じやすくなることが考えられる。このために、サブ100nm領域における微細加工部では厚い酸化膜を形成することにより、比較的に薄い酸化膜を形成する場合と同じような応力が作用した場合でも、薄膜と薄膜との界面に発生する応力が大きくなって熱やストレスが発生することがあり、これによってサーマルマイグレーションやストレスマイグレーションなどの不具合の原因となることがある。ゆえに、同じ微小領域における応力と膜厚の関係を求めることがウェハの品質管理において重要であった。   In addition, when a thick oxide film such as a trench structure is embedded in a semiconductor device, it is conceivable that particularly significant stress concentration is likely to occur around the finely processed portion. For this reason, by forming a thick oxide film in the micro-processed portion in the sub 100 nm region, even when a stress similar to that for forming a relatively thin oxide film is applied, it occurs at the interface between the thin film and the thin film. The stress to be generated increases and heat and stress may occur, which may cause problems such as thermal migration and stress migration. Therefore, obtaining the relationship between stress and film thickness in the same minute region is important in wafer quality control.

また、とりわけ今後の半導体ウェハの開発においては、前記歪みシリコン技術が導入されることが予測されるので半導体ウェハに歪みシリコンを作製する方向にある。このため、歪みシリコンの内部応力と膜厚、さらには下地層であるSiGe膜の組成などの各種物理量を測定して、膜厚と応力の相関関係を分析することがますます重要であり、応力と膜厚の条件を最適に制御するように製造工程を調整し、より高性能な集積回路を製造できるように半導体ウェハの製造を行うことが極めて重要である。このため、歪みシリコン技術を導入した半導体ウェハの製品化に際しては、製造された全数のウェハの検査工程が必要となると考えられるが、応力測定さらには膜厚測定を簡便に行える基板検査装置が存在しなかった。   In particular, in the future development of semiconductor wafers, it is expected that the strained silicon technology will be introduced. For this reason, it is increasingly important to analyze the correlation between film thickness and stress by measuring various physical quantities such as the internal stress and film thickness of strained silicon, and the composition of the underlying SiGe film. It is extremely important to adjust the manufacturing process so as to optimally control the film thickness conditions and manufacture the semiconductor wafer so that a higher performance integrated circuit can be manufactured. For this reason, it is considered that an inspection process for all the manufactured wafers is necessary when commercializing semiconductor wafers using strained silicon technology, but there is a substrate inspection device that can easily perform stress measurement and film thickness measurement. I did not.

上記特許文献2に記載のレーザアニール装置では、ラマン分光光度計およびエリプソメータを搭載し、レーザアニール直後の結晶性珪素膜の構造・屈折率を測定することを可能としているが、このレーザアニール装置では、ラマン・エリプソメータ光学系の測定点が異なるために、特定の微小領域における各種物理情報を一挙に得ることができなかった。また、特許文献2の装置は、製造工程の装置に組み込まれているために検査装置としての用途には適用が困難であった。   The laser annealing apparatus described in Patent Document 2 is equipped with a Raman spectrophotometer and an ellipsometer, and can measure the structure and refractive index of the crystalline silicon film immediately after laser annealing. In this laser annealing apparatus, Since the measurement points of the Raman ellipsometer optical system are different, various physical information in a specific minute region could not be obtained at once. Moreover, since the apparatus of patent document 2 is incorporated in the apparatus of a manufacturing process, it was difficult to apply for the use as an inspection apparatus.

本発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであって、製造された全半導体基板の表面のうち所定の測定点において、少なくとも薄膜の厚みと内部応力を順次自動的に測定して、各基板の品質管理を厳重に行い、不具合の要因となるものを確実に見分けて生産性を向上させると共に、膜厚と応力との相関関係を的確に分析して、より高性能な半導体基板を製造するために必要な製造工程を確立することができる基板検査装置を提供することを主たる目的とし、他の目的は、上記目的に加えて、半導体基板の内部応力・屈折率・組成等の物理量の膜厚方向での分布も簡単に測定でき、また、周囲環境温度の変化に影響されることなく、物理量を正確に測定できて、検査精度の一層の向上を達成できるようにすることにある。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and at a predetermined measurement point among the surfaces of all manufactured semiconductor substrates, at least the thickness and internal stress of the thin film are automatically and sequentially measured, Strict quality control of each substrate will ensure that the causes of defects are identified and productivity will be improved, and the correlation between film thickness and stress will be analyzed accurately to create a higher performance semiconductor substrate. The main purpose is to provide a substrate inspection apparatus that can establish a manufacturing process necessary for manufacturing, and other purposes include physical quantities such as internal stress, refractive index, and composition of a semiconductor substrate in addition to the above-mentioned purposes. The distribution in the film thickness direction can be easily measured, and the physical quantity can be accurately measured without being affected by changes in the ambient environment temperature, so that the inspection accuracy can be further improved. .

上記主たる目的を達成するために、本発明の請求項1に記載の基板検査装置は、移動可能に構成された試料台と、測定対象試料を試料台上に搬送する搬送装置と、試料台上の測定対象試料の測定点を観察する光学顕微鏡と、その測定点に多波長の偏光された光を照射して測定対象試料に関する情報を出力するエリプソメータ光学系と、前記光学顕微鏡の測定点にレーザ光を照射して測定対象に関する別の情報を出力するラマン分光光学系と、得られた情報を用いて測定点における膜厚または屈折率に加えて応力または組成を解析して出力する演算処理装置とを有することを特徴としている。   In order to achieve the main object described above, a substrate inspection apparatus according to claim 1 of the present invention includes a sample stage configured to be movable, a transport device that transports a sample to be measured onto the sample stage, and a sample stage. An optical microscope for observing the measurement point of the measurement target sample, an ellipsometer optical system for irradiating the measurement point with polarized light of multiple wavelengths and outputting information on the measurement target sample, and a laser at the measurement point of the optical microscope A Raman spectroscopic optical system that irradiates light and outputs other information about the measurement object, and an arithmetic processing unit that analyzes and outputs stress or composition in addition to the film thickness or refractive index at the measurement point using the obtained information It is characterized by having.

また、上記他の目的を達成するために、本発明の請求項2に記載の基板検査装置は、移動可能に構成された試料台と、測定対象試料を試料台上に搬送する搬送装置と、試料台上の測定対象試料の測定点を観察する光学顕微鏡と、その測定点に多波長の偏光された光を照射して測定対象試料に関する情報を出力するエリプソメータ光学系と、前記光学顕微鏡の測定点にレーザ光を照射して測定対象に関する別の情報を出力するラマン分光光学系と、得られた情報を用いて測定点における膜厚または屈折率に加えて応力または組成を解析して出力する演算処理装置とを有し、前記ラマン分光光学系には、波長の異なる複数のレーザ光源及びこれら複数のレーザ光源から測定対象試料の測定点に照射するレーザ光を選択的に自動切替え可能なレーザ光選択装置が設けられていることを特徴としている。   In order to achieve the other object, a substrate inspection apparatus according to claim 2 of the present invention includes a sample stage configured to be movable, a transport apparatus that transports a sample to be measured onto the sample stage, An optical microscope for observing the measurement point of the measurement target sample on the sample stage, an ellipsometer optical system that outputs information on the measurement target sample by irradiating the measurement point with multi-wavelength polarized light, and measurement of the optical microscope A Raman spectroscopic optical system that irradiates a point with laser light and outputs other information about the measurement target, and uses the obtained information to analyze and output the stress or composition in addition to the film thickness or refractive index at the measurement point A laser capable of selectively automatically switching a plurality of laser light sources having different wavelengths and a laser beam irradiated from the plurality of laser light sources to a measurement point of a sample to be measured. Is characterized in that selection device is provided.

本発明の請求項1または請求項2に記載の基板検査装置において、試料台の測定対象試料に近接する位置に校正用試料が設置され、この校正用試料をエリプソメータ光学系及びラマン分光光学系により随時測定することにより得られる情報を基準にして、エリプソメータ光学系及びラマン分光光学系より出力される測定対象試料に関する情報を校正可能としていることが望ましい(請求項3)。   In the substrate inspection apparatus according to claim 1 or claim 2 of the present invention, a calibration sample is installed at a position close to the sample to be measured on the sample stage, and the calibration sample is placed by an ellipsometer optical system and a Raman spectroscopic optical system. It is desirable to be able to calibrate information on the measurement target sample output from the ellipsometer optical system and the Raman spectroscopic optical system with reference to information obtained by measurement at any time.

本発明の請求項1〜請求項3のいずれかに記載の基板検査装置において、光学顕微鏡によって観察した像を用いてその焦点の位置を確認しながら、試料台の高さ方向の位置調整を行った後に、エリプソメータ光学系およびラマン分光光学系を用いて測定を行うように構成してもよい(請求項4)。   In the board | substrate inspection apparatus in any one of Claims 1-3 of this invention, while adjusting the position of the sample stand in the height direction, confirming the position of the focus using the image observed with the optical microscope. Thereafter, the measurement may be performed using an ellipsometer optical system and a Raman spectroscopic optical system.

本発明の請求項1〜請求項4のいずれかに記載の基板検査装置において、演算処理装置が、測定対象試料の測定点の位置を示す座標と、ラマン分光光学系およびエリプソメータ光学系に用いる光の波長域、検出時の積算時間、および、用いる検量線の情報を含む測定条件と、検査結果の出力パターンを示す検査結果出力条件とからなる検査レシピデータを有し、この検査レシピデータに従って複数の測定対象試料に対して同じ検査を順次行う自動検査機能を有していてもよい(請求項5)。   The substrate inspection apparatus according to any one of claims 1 to 4 of the present invention, wherein the arithmetic processing unit includes coordinates indicating the position of the measurement point of the measurement target sample, and light used for the Raman spectroscopic optical system and the ellipsometer optical system. Of inspection recipe data consisting of a measurement condition including information on the wavelength range, detection integration time, and calibration curve to be used, and an inspection result output condition indicating an output pattern of the inspection result. It may have an automatic inspection function for sequentially performing the same inspection on the measurement target sample.

本発明の請求項5に記載の基板検査装置において、演算処理装置が、検査レシピデータの測定点の位置を示すデータとして、測定対象試料における測定点の光学顕微鏡によって観察した像からなる認識イメージを有し、測定対象試料の表面を光学顕微鏡によって観察した像と前記認識イメージとを比較することにより、試料台を平面方向に移動させて測定点の平面位置の調整を行った後に、エリプソメータ光学系およびラマン分光光学系を用いて測定を行ってもよい(請求項6)。   In the substrate inspection apparatus according to claim 5 of the present invention, the arithmetic processing unit, as data indicating the position of the measurement point of the inspection recipe data, recognizes an image formed by observing the measurement point in the measurement target sample with an optical microscope. And an ellipsometer optical system after adjusting the plane position of the measurement point by moving the sample stage in the plane direction by comparing the image obtained by observing the surface of the sample to be measured with an optical microscope and the recognition image. Alternatively, the measurement may be performed using a Raman spectroscopic optical system.

また、本発明の請求項7に記載の基板検査装置は、移動可能に構成された試料台と、測定対象試料を試料台上に搬送する搬送装置と、試料台上の測定対象試料の測定点を観察する光学顕微鏡と、前記光学顕微鏡の測定点にレーザ光を照射して測定対象試料に関する別の情報を出力するラマン分光光学系と、得られた情報を用いて測定点における応力あるいは歪みを解析して出力する演算処理装置とを有することを特徴としている。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a substrate inspection apparatus, a sample stage configured to be movable, a transport apparatus that transports a measurement target sample onto the sample stage, and a measurement point of the measurement target sample on the sample stage. An optical microscope for observing the optical microscope, a Raman spectroscopic optical system for irradiating the measurement point of the optical microscope with laser light and outputting other information about the sample to be measured, and using the obtained information, stress or distortion at the measurement point is measured. And an arithmetic processing unit for analyzing and outputting.

さらに、本発明の請求項8に記載の基板検査装置は、移動可能に構成された試料台と、測定対象試料を試料台上に搬送する搬送装置と、試料台上の測定対象試料の測定点を観察する光学顕微鏡と、前記光学顕微鏡の測定点にレーザ光を照射して測定対象試料に関する情報を出力するラマン分光光学系と、得られた情報を用いて測定点における応力あるいは歪みを解析して出力する演算処理装置とを有し、前記ラマン分光光学系には、波長の異なる複数のレーザ光源及びこれら複数のレーザ光源から測定対象試料の測定点に照射するレーザ光を選択的に自動切替え可能なレーザ光選択装置が設けられていることを特徴としている。   Furthermore, the substrate inspection apparatus according to claim 8 of the present invention includes a sample stage that is configured to be movable, a transport device that transports the sample to be measured onto the sample stage, and a measurement point of the sample to be measured on the sample stage. An optical microscope that observes the light, a Raman spectroscopic optical system that outputs information about the sample to be measured by irradiating the measurement point of the optical microscope, and analyzes the stress or distortion at the measurement point using the obtained information The Raman spectroscopic optical system selectively and automatically switches a plurality of laser light sources having different wavelengths and a laser beam irradiated from the plurality of laser light sources to a measurement point of a measurement target sample. A possible laser light selection device is provided.

本発明の請求項7または請求項8に記載の基板検査装置において、試料台の測定対象試料に近接する位置に校正用試料が設置され、この校正用試料をラマン分光光学系により随時測定することにより得られる情報を基準にして、ラマン分光光学系より出力される測定対象試料に関する情報を校正可能としていることが望ましい(請求項9)。   In the substrate inspection apparatus according to claim 7 or claim 8 of the present invention, a calibration sample is installed at a position close to the sample to be measured on the sample stage, and the calibration sample is measured at any time by a Raman spectroscopic optical system. It is desirable to be able to calibrate information relating to the measurement target sample output from the Raman spectroscopic optical system on the basis of the information obtained by the above (claim 9).

請求項1に記載の発明では、測定対象試料の表面の微小領域において、例えば薄膜の膜厚をエリプソメータ光学系を用いて高精度に測定できると共に、同じ微小領域における応力をラマン分光光学系を用いて精度良く測定することができる。つまり、同一の微小領域における薄膜の膜厚と応力の両方を高精度に測定して、これらを同時に表示するなど出力することにより、応力の膜厚依存性を把握して、必要とする膜厚の薄膜を形成した状態で応力の集中が発生しないような半導体基板を製造するために、その製造工程を適宜調整することができる。また、光学顕微鏡を備えて測定点を観察可能に構成されているので、操作者は測定対象試料の表面の状態を観察によって確認でき、操作が容易となる。   In the first aspect of the present invention, in the minute region on the surface of the sample to be measured, for example, the film thickness of the thin film can be measured with high accuracy using an ellipsometer optical system, and the stress in the same minute region is measured using a Raman spectroscopic optical system. Can be measured accurately. In other words, by measuring both the film thickness and stress of the thin film in the same minute area with high accuracy and displaying them simultaneously etc., it is possible to grasp the film thickness dependence of the stress and to obtain the required film thickness. In order to manufacture a semiconductor substrate in which stress concentration does not occur in a state where the thin film is formed, the manufacturing process can be adjusted as appropriate. In addition, since the optical microscope is provided so that the measurement point can be observed, the operator can confirm the state of the surface of the sample to be measured by observation, and the operation becomes easy.

とりわけ、ラマン分光光学系は微小領域にかかる応力や組成を高精度に測定するのに適しており、エリプソメータ光学系は微小領域における膜厚や屈折率を高精度に測定するのに適している。したがって、半導体基板において、その性能や耐久性を最適なものにして製造するために重要な物理量である応力と膜厚の測定には、ラマン分光光学系とエリプソメータ光学系の組み合わせが最適である。特に、近年は半導体基板の製造に歪みシリコン技術が採り入れられているので、ラマン分光光学系とエリプソメータ光学系が同じ微小領域にかかる応力と膜厚の相関関係を測定できることが、この分野における技術の進歩や生産性の向上に大いに貢献するものとなる。   In particular, the Raman spectroscopic optical system is suitable for measuring the stress and composition applied to a minute region with high accuracy, and the ellipsometer optical system is suitable for measuring the film thickness and refractive index in the minute region with high accuracy. Therefore, a combination of a Raman spectroscopic optical system and an ellipsometer optical system is optimal for measurement of stress and film thickness, which are important physical quantities for manufacturing a semiconductor substrate with optimal performance and durability. In particular, since strained silicon technology has been adopted in the manufacture of semiconductor substrates in recent years, it is possible to measure the correlation between stress and film thickness on the same microscopic area in the Raman spectroscopic optical system and the ellipsometer optical system. It will greatly contribute to progress and productivity.

さらに、製造された全ての半導体基板を一枚ずつ取出して、その表面における応力や膜厚の測定値を順次得ることができるので、半導体基板の全数検査への適用が可能となり、製品管理を綿密に行って製造された半導体基板に対する信頼性が向上する。また、不良が発生すると測定結果から原因を究明しやすくなるので、その生産性を向上することも可能である。   Furthermore, since all the manufactured semiconductor substrates can be taken out one by one and the measured values of stress and film thickness on the surface can be obtained sequentially, it can be applied to 100% inspection of semiconductor substrates, and product management is meticulous. Thus, the reliability of the semiconductor substrate manufactured through the process is improved. In addition, when a defect occurs, the cause can be easily determined from the measurement result, and the productivity can be improved.

請求項2に記載の発明では、ラマン分光光学系とエリプソメータ光学系との組み合わせによって半導体基板の性能や耐久性を最適なものとして製造するために重要な物理量である応力及び膜厚の情報を同時に得て同じ微小領域での相関関係を測定できるといった効果に加えて、ラマン分光光学系による応力や組成の測定に際して、複数のレーザ光源から測定対象試料の測定点に波長の異なるレーザ光を選択的かつ自動的に切替え照射させることにより、測定対象試料の応力や組成の深さ方向(膜厚方向)での分布を簡単に測定することができ、これによって、近年の半導体基板の製造に多く採用されている歪みシリコンを用いた半導体基板を測定対象とする場合であっても、その歪みシリコンの内部応力、さらには下地層であるSiGe膜の組成などの各種物理量を確実に測定して、一層高精度な基板検査を行うことができる。   In the invention described in claim 2, stress and film thickness information, which are important physical quantities for manufacturing the semiconductor substrate with the optimum performance and durability by combining the Raman spectroscopic optical system and the ellipsometer optical system, are simultaneously obtained. In addition to the effect that the correlation can be measured in the same microscopic region, when measuring the stress and composition with the Raman spectroscopic optical system, laser beams with different wavelengths can be selectively used from multiple laser sources to the measurement point of the sample to be measured. In addition, by automatically switching and irradiating, the distribution of stress and composition in the depth direction (film thickness direction) of the sample to be measured can be easily measured, and this is widely used in the manufacture of semiconductor substrates in recent years. Even when a semiconductor substrate using strained silicon is used as a measurement target, the internal stress of the strained silicon, and further, the SiGe film as the underlying layer Securely measuring various physical quantities such as growth, it is possible to perform a more accurate substrate inspection.

特に、試料台の測定対象試料に近接する位置に校正用試料を設置し、この校正用試料をエリプソメータ光学系及びラマン分光光学系により随時測定することにより得られる情報を基準にして、エリプソメータ光学系及びラマン分光光学系より出力される測定対象試料に関する情報を校正可能とする場合(請求項3)には、周囲環境温度の変動に起因して、例えば光学部品の歪みにより波長ずれが発生するとか、光学フィルタの劣化などの光学系の変動や、測定対象試料自体の温度影響によるラマンスペクトルのピークシフトのずれが生じたとしても、それを校正用試料の測定で得られる情報をもとに校正することが可能であり、環境温度の変動にかかわらず、各種物理量を正確に測定し基板検査精度の一層の向上を図ることができる。   In particular, an ellipsometer optical system based on information obtained by installing a calibration sample in a position close to the sample to be measured on the sample stage and measuring the calibration sample with an ellipsometer optical system and a Raman spectroscopic optical system as needed. When the information on the sample to be measured output from the Raman spectroscopic optical system can be calibrated (Claim 3), a wavelength shift may occur due to, for example, distortion of the optical component due to fluctuations in ambient temperature. Even if optical system fluctuations such as optical filter deterioration or Raman spectrum peak shift shifts due to temperature effects of the sample to be measured itself are calibrated based on information obtained by calibration sample measurement. Therefore, it is possible to accurately measure various physical quantities regardless of environmental temperature fluctuations, and to further improve the substrate inspection accuracy.

また、光学顕微鏡によって観察した像あるいは測定対象試料にレーザ光を照射した際に得られる光の強度を用いてその焦点の位置を確認しながら、試料台の高さ方向の位置調整を行った後に、エリプソメータ光学系及びラマン分光光学系を用いて測定を行う場合(請求項4)には、測定対象試料に反りが生じている場合にも、試料台の高さ方向の位置調整によってエリプソメータ光学系およびラマン分光光学系が前記測定点に確実に焦点を合わせることができ、この測定点における膜厚や屈折率を高精度に分析することができる。   In addition, after adjusting the position of the sample stage in the height direction while confirming the position of the focal point using the image observed with an optical microscope or the intensity of the light obtained when the sample to be measured is irradiated with laser light When the measurement is performed using the ellipsometer optical system and the Raman spectroscopic optical system (Claim 4), the ellipsometer optical system can be adjusted by adjusting the position of the sample stage in the height direction even when the sample to be measured is warped. In addition, the Raman spectroscopic optical system can reliably focus on the measurement point, and the film thickness and refractive index at the measurement point can be analyzed with high accuracy.

また、演算処理装置が、測定対象試料における測定点の位置を示す座標と、ラマン分光光学系及びエリプソメータ光学系に用いる光の波長域、検出時の積算時間、および、用いる検量線の情報を含む測定条件と、検査結果の出力パターンを示す検査結果出力条件とからなる検査レシピデータを有し、この検査レシピデータに従って複数の測定対象試料に対して同じ検査を順次行う自動検査機能を有する場合(請求項5)には、全ての測定対象試料に対して検査レシピデータを用いて設定した検査内容に応じた共通の検査を順次自動的に実施できる。また、検査レシピデータを変更することにより検査内容を容易に変更することもできる。   In addition, the arithmetic processing unit includes coordinates indicating the position of the measurement point in the measurement target sample, the wavelength range of light used for the Raman spectroscopic optical system and the ellipsometer optical system, the integration time at the time of detection, and the calibration curve used. When having inspection recipe data consisting of measurement conditions and inspection result output conditions indicating an output pattern of inspection results, and having an automatic inspection function for sequentially performing the same inspection on a plurality of measurement target samples according to the inspection recipe data ( According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to automatically automatically perform a common inspection corresponding to the inspection contents set using the inspection recipe data for all the measurement target samples. Further, the inspection contents can be easily changed by changing the inspection recipe data.

さらに、演算処理装置が、検査レシピデータの測定点の位置を示すデータとして、測定対象試料における測定点の光学顕微鏡によって観察した像からなる認識イメージを有し、測定対象の表面を光学顕微鏡によって観察した像と前記認識イメージとを比較することにより、試料台を平面方向に移動させて測定点の平面位置の調整を行った後に、エリプソメータ光学系およびラマン分光光学系を用いて測定を行う場合(請求項6)には、測定対象試料に既に電子回路が形成された状態で、特定の回路パターンの部分に相当する測定点の物理情報を自動検査することができる。つまり、特定の回路パターンの部分に相当する測定点が、十分の性能を得ることができる状態であるかどうかを、測定点における膜厚や応力の測定値から予め判断することが可能となる。   Furthermore, the arithmetic processing unit has a recognition image consisting of an image observed by the optical microscope of the measurement point in the measurement target sample as data indicating the position of the measurement point of the inspection recipe data, and the surface of the measurement target is observed by the optical microscope. When the measurement is performed using an ellipsometer optical system and a Raman spectroscopic optical system after moving the sample stage in the plane direction and adjusting the plane position of the measurement point by comparing the recognized image with the recognition image ( According to the sixth aspect of the present invention, physical information at a measurement point corresponding to a specific circuit pattern portion can be automatically inspected in a state where an electronic circuit has already been formed on the measurement target sample. That is, it is possible to determine in advance from the measured values of the film thickness and stress at the measurement point whether the measurement point corresponding to the specific circuit pattern portion is in a state where sufficient performance can be obtained.

請求項7に記載の発明では、測定対象試料の表面の微小領域において、例えば微小領域における応力をラマン分光光学系を用いて精度良く測定することができる。つまり、適正な強さの応力をかけた薄膜を形成する半導体基板を製造するために、その製造工程を適宜調整することができる。また、光学顕微鏡を備えて測定点を観察可能に構成されているので、操作者は測定対象の表面の状態を観察によって確認でき、操作が容易となる。   In the invention according to claim 7, in the micro area on the surface of the sample to be measured, for example, the stress in the micro area can be accurately measured using the Raman spectroscopic optical system. That is, in order to manufacture a semiconductor substrate on which a thin film to which stress of appropriate strength is applied is manufactured, the manufacturing process can be adjusted as appropriate. In addition, since the optical microscope is provided so that the measurement point can be observed, the operator can confirm the state of the surface of the measurement object by observation, and the operation becomes easy.

請求項8に記載の発明では、測定対象試料の微小領域における応力を精度よく測定可能で、適正強さの応力をかけた薄膜を形成するための半導体基板の製造工程を適正に調整することができるという効果に加えて、ラマン分光光学系による応力や組成の測定に際して、複数のレーザ光源から測定対象試料の測定点に波長の異なるレーザ光を選択的かつ自動的に切替え照射させることにより、測定対象試料の応力や組成の深さ方向(膜厚方向)での分布を簡単に測定することができ、これによって、近年の半導体基板の製造に多く採用されている歪みシリコンを用いた半導体基板を測定対象とする場合であっても、その歪みシリコンの内部応力、さらには下地層であるSiGe膜の組成などの各種物理量を確実に測定して、一層高精度な基板検査を行うことができる。   In the invention described in claim 8, it is possible to accurately measure the stress in the micro area of the sample to be measured, and to appropriately adjust the manufacturing process of the semiconductor substrate for forming the thin film to which the stress having the appropriate strength is applied. In addition to the effect of being able to measure, when measuring stress and composition with the Raman spectroscopic optical system, measurement is performed by selectively and automatically switching and irradiating laser beams of different wavelengths from multiple laser sources to the measurement point of the sample to be measured. The distribution of stress and composition in the depth direction (film thickness direction) of the target sample can be easily measured, and this enables the semiconductor substrate using strained silicon that has been widely used in the manufacture of semiconductor substrates in recent years. Even if it is a measurement object, various physical quantities such as the internal stress of the strained silicon and the composition of the SiGe film that is the underlayer are reliably measured to detect the substrate with higher accuracy. It can be carried out.

特に、試料台の測定対象試料に近接する位置に校正用試料を設置し、この校正用試料をラマン分光光学系により随時測定することにより得られる情報を基準にして、ラマン分光光学系より出力される測定対象試料に関する情報を校正可能とする場合(請求項9)には、周囲環境温度の変動に起因して、例えば光学部品の歪みにより波長ずれが発生するとか、光学フィルタの劣化などの光学系の変動や、測定対象試料自体の温度影響によるラマンスペクトルのピークシフトのずれが生じたとしても、それを校正用試料の測定で得られる情報をもとに校正することが可能で、環境温度の変動にかかわらず、各種物理量をより正確に測定し、基板検査精度の一層の向上を図ることができる。   In particular, a calibration sample is placed at a position close to the sample to be measured on the sample stage, and the information obtained by measuring the calibration sample with the Raman spectroscopic optical system as needed is output from the Raman spectroscopic optical system. When the information on the measurement target sample can be calibrated (Claim 9), due to fluctuations in the ambient environment temperature, for example, a wavelength shift occurs due to distortion of optical components, or optical such as optical filter degradation Even if there is a shift in the peak shift of the Raman spectrum due to system fluctuations or the temperature effect of the sample being measured, it can be calibrated based on information obtained from the measurement of the calibration sample. Regardless of the fluctuation, various physical quantities can be measured more accurately, and the substrate inspection accuracy can be further improved.

本発明の第1実施例に係る基板検査装置の全体構成を概略的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing an overall configuration of a substrate inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention. 第1実施例に係る基板検査装置の要部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the principal part of the board | substrate inspection apparatus which concerns on 1st Example. 第1実施例に係る基板検査装置の測定点の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the measuring point of the board | substrate inspection apparatus which concerns on 1st Example. 本発明の第2実施例に係る基板検査装置の要部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the principal part of the board | substrate inspection apparatus which concerns on 2nd Example of this invention. 測定対象基板の一例である歪みシリコン基板の断面構造図である。It is a cross-section figure of a distortion silicon substrate which is an example of a measuring object substrate. 歪みシリコン基板のラマンスペククトル測定時における波長とスペクトル強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the wavelength and spectrum intensity at the time of the Raman spectrum measurement of a distortion silicon substrate. 第2実施例に係る基板検査装置による校正用試料の測定状態を示す要部の構成図である。It is a block diagram of the principal part which shows the measurement state of the sample for a calibration by the board | substrate inspection apparatus which concerns on 2nd Example. 本発明の第3実施例に係る基板検査装置の要部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the principal part of the board | substrate inspection apparatus which concerns on 3rd Example of this invention.

図1は、本発明の第1実施例に係る基板検査装置1の全体構成を概略的に示す平面図、図2は、その基板検査装置1の主要部の構成を示す図である。図1において、2Aはラマン分光光学系・エリプソメータ光学系を搭載した基板検査装置1の測定室、2Bはこの測定室2Aに隣接する搬送装置、3は例えば格子定数の大きなSiGe層上にシリコン層の薄膜を形成してなる歪みシリコン技術を応用して形成されたシリコンウェハなどの基板(測定対象試料であり、以下、ウェハと称する。)、4は水平方向(X,Y方向)に加えて高さ方向(Z方向)の三次元方向に移動可能に構成された試料台、5はこの試料台4の駆動部である。   FIG. 1 is a plan view schematically showing an overall configuration of a substrate inspection apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a main part of the substrate inspection apparatus 1. In FIG. 1, 2A is a measurement chamber of a substrate inspection apparatus 1 equipped with a Raman spectroscopic optical system and an ellipsometer optical system, 2B is a transfer device adjacent to the measurement chamber 2A, and 3 is a silicon layer on a SiGe layer having a large lattice constant, for example. A substrate such as a silicon wafer formed by applying a strained silicon technique formed by forming a thin film of (a sample to be measured, hereinafter referred to as a wafer), 4 in addition to the horizontal direction (X, Y direction) A sample stage 5 configured to be movable in a three-dimensional direction in the height direction (Z direction) is a driving unit for the sample stage 4.

また、図1において、6はウェハ3をつかんで試料台4上に搬送する機能を有するロボットアームであり、7は複数枚のウェハ3を所定の間隔をおいて縦方向に積層して収納するケース、8はこのケース7を載置するケース台である。ロボットアーム6を用いることにより、例えば縦方向に積層して収納されたウェハ3を順に1枚ずつ取出して試料台4上に搬送し、検査後のウェハ3を再び元の場所に戻すことが可能である。しかしながら、この第1実施例のように2つのケース7を並べて配置する場合には、一方のケース7から取出して検査を行ったウェハ3を他方のケース7に順に収納することもできる。   In FIG. 1, reference numeral 6 denotes a robot arm having a function of grasping the wafer 3 and transporting it onto the sample stage 4, and reference numeral 7 denotes a plurality of wafers 3 stacked in a vertical direction and stored at a predetermined interval. A case 8 is a case base on which the case 7 is placed. By using the robot arm 6, for example, the wafers 3 stacked and stored in the vertical direction can be taken out one by one in order and transferred onto the sample stage 4, and the inspected wafer 3 can be returned to the original location again. It is. However, when two cases 7 are arranged side by side as in the first embodiment, the wafers 3 taken out from one case 7 and inspected can be sequentially stored in the other case 7.

図2において、10はウェハ3の表面を観察する光学顕微鏡であり、この光学顕微鏡10は、ウェハ3の表面に対してほぼ直角な光軸L1 上に配置されたCCDカメラ11と、この光軸L1 上に配置された集光レンズ12と、ビームスプリッタ(ハーフミラー)13と、対物レンズ14と、ハーフミラー13を介してウェハ3に白色光を照射する白色光源15と、シャッタ16とコリメータレンズ17とを有している。また、18は光軸L1 上に設けられる可動式のミラーであって、このミラー18を図2の仮想線で示す位置に移動させることにより、光学顕微鏡10を用いてウェハ3の表面における微小領域の測定点Pを観察することができるように構成されている。なお、白色光源15、シャッタ16、コリメータレンズ17は光軸L1 と直交する光軸上に設けられている。 In FIG. 2, reference numeral 10 denotes an optical microscope for observing the surface of the wafer 3. The optical microscope 10 includes a CCD camera 11 disposed on an optical axis L 1 substantially perpendicular to the surface of the wafer 3, and this light. A condenser lens 12 disposed on the axis L 1 , a beam splitter (half mirror) 13, an objective lens 14, a white light source 15 for irradiating the wafer 3 with white light via the half mirror 13, and a shutter 16; And a collimator lens 17. Reference numeral 18 denotes a movable mirror provided on the optical axis L 1 , and the mirror 18 is moved to a position indicated by a virtual line in FIG. The measurement point P in the region is configured to be observed. Incidentally, the white light source 15, a shutter 16, a collimator lens 17 is provided on an optical axis perpendicular to the optical axis L 1.

20はミラー18を図2において実線で示す位置に移動させることにより光学顕微鏡10と同じ光軸L1 を用いてウェハ3にレーザ光を照射してラマン光を検出するラマン分光光学系である。このラマン分光光学系20は、ミラー18によって光軸L1 と直交方向になるように反射される光軸L2 上に配置された分光器21と、分光されたラマン光を検出する検出器22と、分光器21に入射するラマン光を調整するための集光レンズ23と、ピンホール24と、コリメータレンズ25と、集光レンズ26と、ラマン分析のレイリー光のみを反射するノッチフィルタ27とこのノッチフィルタ27を用いてレーザ光を照射するためのレーザ光源28と、シャッタ29と、集光レンズ30と、ラマン光を励起させるレーザ光以外の波長の光を除去するための光学フィルタ31と、前記光軸L2 上のノッチフィルタ27の後方において5〜10%の光を反射するビームスプリッタ32と、集光レンズ33と、焦点検出用の検出器34とを有している。 Reference numeral 20 denotes a Raman spectroscopic optical system that detects Raman light by irradiating the wafer 3 with laser light using the same optical axis L 1 as that of the optical microscope 10 by moving the mirror 18 to the position indicated by the solid line in FIG. The Raman spectroscopic optical system 20 includes a spectroscope 21 disposed on an optical axis L 2 that is reflected by the mirror 18 so as to be orthogonal to the optical axis L 1, and a detector 22 that detects spectroscopic Raman light. A condensing lens 23 for adjusting the Raman light incident on the spectroscope 21, a pinhole 24, a collimator lens 25, a condensing lens 26, and a notch filter 27 that reflects only the Rayleigh light of the Raman analysis. A laser light source 28 for irradiating laser light using the notch filter 27, a shutter 29, a condensing lens 30, and an optical filter 31 for removing light having a wavelength other than the laser light that excites Raman light. , a beam splitter 32 which reflects 5-10% of the light in the rear of the notch filter 27 on the optical axis L 2, a condenser lens 33, a detector 34 for focus detection Yes To have.

なお、前記ラマン分光光学系20は、前記対物レンズ14を光学顕微鏡10と共通で使用するように構成されている。また、レーザ光源28、シャッタ29、集光レンズ30、光学フィルタ31は光軸L2 と直交する光軸上に設けられている。同様に、ビームスプリッタ32と、集光レンズ33と検出器34も光軸L2 と直交する別の光軸上に設けられている。 The Raman spectroscopic optical system 20 is configured to use the objective lens 14 in common with the optical microscope 10. The laser light source 28, a shutter 29, a condenser lens 30, the optical filter 31 is provided on an optical axis perpendicular to the optical axis L 2. Similarly, a beam splitter 32, also the condenser lens 33 and the detector 34 are provided on another optical axis perpendicular to the optical axis L 2.

40は光学顕微鏡10の焦点が合っているウェハ3上の測定点Pに多波長の偏光された光L3を照射して前記測定点Pにおける物理情報を出力するために配置されたエリプソメータ光学系である。このエリプソメータ光学系40は、試料台4上のウェハ3の表面に対して一方の側の斜め上方向から偏光された光L3 を照射する入射光学系41と、試料台4上の他方の側の表面に対して斜め上方向に設けられた検出光学系42と、分光器43と、検出器44とを有している。 Reference numeral 40 denotes an ellipsometer optical system arranged to irradiate the measurement point P on the wafer 3 on which the optical microscope 10 is focused with the multi-wavelength polarized light L 3 and output physical information at the measurement point P. It is. The ellipsometer optical system 40 includes an incident optical system 41 that irradiates light L 3 polarized from an obliquely upward direction on one side with respect to the surface of the wafer 3 on the sample table 4, and the other side on the sample table 4. A detection optical system 42, a spectroscope 43, and a detector 44 provided obliquely upward with respect to the surface.

そして、入射光学系41は、例えば190〜830nmの広い波長領域の光を発する例えばキセノンランプからなる白色光源45と、シャッタ46と、白色光源45から発せられる光を絞るためのスリット47と、ビーム縮小光学系48と、偏光子49とから構成される。なお、ビーム縮小光学系48は例えば2枚の凹面鏡48a,48bからなる。   The incident optical system 41 includes, for example, a white light source 45 made of, for example, a xenon lamp that emits light in a wide wavelength region of 190 to 830 nm, a shutter 46, a slit 47 for narrowing light emitted from the white light source 45, a beam A reduction optical system 48 and a polarizer 49 are included. The beam contracting optical system 48 includes, for example, two concave mirrors 48a and 48b.

他方、検出光学系42は、ウェハ3の表面の測定点Pに偏光された光L3 を照射したときに反射した偏光L4 の変化量を例えば分光器43に出力するもので、位相変調素子50と、検光子51と、2つの凹面鏡52a,52bからなるビーム縮小光学系52と、分光器43への信号取出し用の光ファイバ53を備えると共に、ビーム縮小光学系52と光ファイバ53との間にピンホール部54が設けられている。 On the other hand, the detection optical system 42 outputs a change amount of the polarized light L 4 reflected when the polarized light L 3 is irradiated to the measurement point P on the surface of the wafer 3, for example, to the spectroscope 43. 50, an analyzer 51, a beam reduction optical system 52 including two concave mirrors 52 a and 52 b, an optical fiber 53 for taking out a signal to the spectroscope 43, and the beam reduction optical system 52 and the optical fiber 53. A pinhole portion 54 is provided therebetween.

前記ピンホール部54は、例えばステッピングモータ55の回転軸55aに取り付けられた円板56の同一円周上に複数の互いにサイズ(径)の異なるピンホール57を適宜の間隔をおいて開設してなるものである。したがって、図2に示しているように、いずれかのピンホール57がビーム縮小光学系52と光ファイバ53を結ぶ光路上に位置しているときにのみ、ビーム縮小光学系52を出射した光がピンホール57を介して光ファイバ53に入射する。   The pinhole portion 54 is formed, for example, by opening a plurality of pinholes 57 having different sizes (diameters) at an appropriate interval on the same circumference of a disk 56 attached to the rotating shaft 55a of the stepping motor 55. It will be. Therefore, as shown in FIG. 2, only when any one of the pinholes 57 is located on the optical path connecting the beam reducing optical system 52 and the optical fiber 53, the light emitted from the beam reducing optical system 52 is The light enters the optical fiber 53 through the pinhole 57.

60は搬送装置2B、試料台4の駆動部5、光学顕微鏡10、ラマン分光光学系20、エリプソメータ光学系40に加えて可動ミラー18の駆動部(図示していない)などに接続されて基板検査装置1の全体を制御する演算処理装置(以下、コンピュータという)である。そして、このコンピュータ60内には、例えば、前記搬送装置2B,駆動部5,光学顕微鏡10,ラマン分光光学系20,エリプソメータ光学系40等を制御することにより、ケース7内に収納された複数のウェハ3の中から順次一枚ずつウェハ3を取出して試料台4上に乗せた状態で、各ウェハ3に対して一連の検査を実行し、検査済のウェハ3を再びケース7内に収納する検査シーケンスの動作を示す制御プログラムPaと、検査結果を演算処理して図示していない画面に表示したり媒体に記録する動作を示す検査結果出力プログラムPbと、各ウェハ3に対する測定条件や検査結果出力条件などを記録してなる検査レシピデータD1 と、検査結果の保存データD2 とが記録されている。 60 is connected to the transfer device 2B, the drive unit 5 of the sample stage 4, the optical microscope 10, the Raman spectroscopic optical system 20, the ellipsometer optical system 40 and the drive unit (not shown) of the movable mirror 18 to inspect the substrate. An arithmetic processing unit (hereinafter referred to as a computer) that controls the entire apparatus 1. In the computer 60, for example, by controlling the transport device 2B, the drive unit 5, the optical microscope 10, the Raman spectroscopic optical system 20, the ellipsometer optical system 40, and the like, a plurality of pieces housed in the case 7 are stored. A series of inspections are performed on each wafer 3 in a state where the wafers 3 are sequentially taken out from the wafers 3 and placed on the sample table 4, and the inspected wafers 3 are stored in the case 7 again. A control program Pa showing the operation of the inspection sequence, an inspection result output program Pb showing an operation of processing the inspection results and displaying them on a screen (not shown) or recording them on a medium, and measurement conditions and inspection results for each wafer 3 Inspection recipe data D 1 obtained by recording output conditions and the like, and inspection result storage data D 2 are recorded.

前記検査レシピデータD1 は、測定点データDaと、測定条件データDbと、出力条件データDcとからなる。この測定点データDaは、例えば各ウェハ3の表面において例えば等間隔に数点〜十数点の測定点P1 〜Pn (図2に示す状態での測定点Pを含む)を設定し、各測定点P,P1 〜Pn の位置を示す座標を記録してなるものであり、図2に示す例では2次元方向に等間隔にn個の測定点P1 〜Pn を定めている。 The inspection recipe data D 1 is the measurement point data Da, and measurement condition data Db, consisting of the output setting data Dc. The measurement point data Da sets, for example, several to tens of measurement points P 1 to P n (including the measurement points P in the state shown in FIG. 2) at regular intervals on the surface of each wafer 3. Coordinates indicating the positions of the respective measurement points P, P 1 to P n are recorded. In the example shown in FIG. 2, n measurement points P 1 to P n are defined at equal intervals in the two-dimensional direction. Yes.

前記測定条件データDbは、例えば、光学顕微鏡10とラマン分光光学系20およびエリプソメータ光学系40に用いる光の波長域Db1 と、各検出器22,44によって光の検出するときの積算時間を示す積算時間Db2 と、検出器22,44によって検出された各波長の光の強度やスペクトルのずれ量から薄膜の応力や組成および薄膜の膜厚や屈折率を求める際に用いる各種検量線Db3 とを示す情報を含むデータである。 The measurement condition data Db indicates, for example, the wavelength range Db 1 of light used for the optical microscope 10, the Raman spectroscopic optical system 20, and the ellipsometer optical system 40, and the integration time when light is detected by the detectors 22 and 44. Various calibration curves Db 3 used for obtaining the stress and composition of the thin film and the film thickness and refractive index of the thin film from the integration time Db 2 and the intensity and spectrum shift amount of the light of each wavelength detected by the detectors 22 and 44. It is data including information indicating.

また、出力条件データDcは例えば検査結果として得られる物理量のうち出力するべき物理量として応力や膜厚などを選択すると共に、応力と膜厚の相関関係の表わし方などを指定して出力レイアウトを定める出力パターンDc1 を示している。出力パターンDc1には、各物理量の上限および下限を定めて、この範囲を超えるものを不良として出力するという設定や、各物理量のばらつきなどの統計を複数の測定点P1 〜Pn 毎や各ウェハ毎に出力するという設定などが考えられる。 The output condition data Dc, for example, selects stress, film thickness, etc. as physical quantities to be output among physical quantities obtained as inspection results, and defines the output layout by specifying how to express the correlation between stress and film thickness. It shows the output pattern Dc 1. In the output pattern Dc 1 , an upper limit and a lower limit of each physical quantity are determined, and a setting that outputs a value exceeding this range as a defect, and statistics such as variations in each physical quantity are displayed for each of a plurality of measurement points P 1 to P n. A setting of outputting for each wafer can be considered.

さらに、前記応力と膜厚の相関関係は、例えば応力および膜厚の測定値からキャリアの移動度の推定値を導き出すための関数などによって表わすことなどが考えられる。なお、この相関関係を示す関数は、予め複数のサンプルとなるウェハ3を用いて応力と膜厚を実測し、CMOS回路を形成した後にこのCMOS回路の特性を実測して計算したキャリア移動度を基に求めることが可能である。また、この関数は出力条件データDcに含まれる情報であるから、実測値に従って随時更新することも可能である。   Further, the correlation between the stress and the film thickness may be expressed by a function for deriving an estimated value of carrier mobility from the measured values of the stress and the film thickness, for example. The function indicating the correlation is obtained by measuring the carrier mobility calculated by measuring the stress and the film thickness in advance using a wafer 3 as a plurality of samples, and measuring the characteristics of the CMOS circuit after forming the CMOS circuit. It is possible to ask based on. Further, since this function is information included in the output condition data Dc, it can be updated at any time according to the actually measured value.

したがって、前記制御プログラムPaは、検査レシピデータD1 に含まれる測定点データDaと、測定条件データDbとを参照することにより、各ウェハ3に対して同じ基準に従った検査を実行する。また、検査結果出力プログラムPbは検査レシピデータD1 に含まれる出力条件データDcを参照することにより、各ウェハ3の表面の各測定点P1 〜Pnを検査して得られた各物理量の測定値を検査結果出力条件データDcの出力パターンDc1として予め定められた出力レイアウトで画面(図示していない)などを用いて表示したり、検査結果の保存データD2 として記録する。 Therefore, the control program Pa includes a measurement point data Da included in the inspection recipe data D 1, by referring to the measurement condition data Db, performing an inspection in accordance with the same criteria for each wafer 3. Further, the inspection result output program Pb refers to the output condition data Dc included in the inspection recipe data D 1 , so that each physical quantity obtained by inspecting each measurement point P 1 to P n on the surface of each wafer 3 is obtained. The measured value is displayed as an output pattern Dc 1 of the inspection result output condition data Dc with a predetermined output layout using a screen (not shown) or the like, or recorded as inspection result storage data D 2 .

以下、前記制御プログラムPaの動作による各部の動作を説明する。作業者が、図1に示すように、複数のウェハ3が格納されたケース7をケース台8に設置して、基板検査装置1を動作させると、コンピュータ60からの制御によって搬送装置2Bのロボットアーム6がケース7からウェハ3を一枚取出して、これを試料台4に配置する。   Hereinafter, the operation of each unit according to the operation of the control program Pa will be described. As shown in FIG. 1, when an operator installs a case 7 storing a plurality of wafers 3 on a case base 8 and operates the substrate inspection apparatus 1, the robot of the transfer apparatus 2 </ b> B is controlled by a computer 60. The arm 6 takes out one wafer 3 from the case 7 and places it on the sample stage 4.

次いで、ウェハ3を水平な状態に保持し、駆動部5をコンピュータ60によって制御することにより、光学顕微鏡10の焦点が前記測定点データDaに示される複数の測定点P1 〜Pn のうちの一つの測定点Pに合うように、ウェハ3の位置をZ方向(高さ方向)およびX−Y方向(水平方向)に移動する。また、ウェハ3の反りによって測定点Pに高さ方向のずれが生じることも考えられるので、最終的な位置決めは光学顕微鏡10またはラマン分光光学系20によってウェハ3の表面の像を観察しながら、駆動部5をZ方向に移動させることにより行う。 Then, holding the wafer 3 in a horizontal state, a drive unit 5 by controlling by a computer 60, among the plurality of measuring points P 1 to P n of the focus of the optical microscope 10 is shown in the measurement point data Da The position of the wafer 3 is moved in the Z direction (height direction) and the XY direction (horizontal direction) so as to match one measurement point P. Further, since it is conceivable that the measurement point P is displaced in the height direction due to the warpage of the wafer 3, the final positioning is performed while observing the image of the surface of the wafer 3 with the optical microscope 10 or the Raman spectroscopic optical system 20. This is done by moving the drive unit 5 in the Z direction.

すなわち、光学顕微鏡10を用いてZ方向の位置決め行なう場合、コンピュータ60は、ラマン分光光学系20とエリプソメータ光学系40のシャッタ29,46を閉じ、反射鏡18を仮想線で示す位置に退避させた状態で、光学顕微鏡10のシャッタ16のみを開き、白色光源15からの光がハーフミラー13によって反射され対物レンズ14を介してウェハ3の表面を照らす。そして、ウェハ3の表面からの光が対物レンズ14とハーフミラー13を透過し、集光レンズ12によってCCDカメラ11に入射することにより、コンピュータ60は対物レンズ14の焦点位置における像を得ることができる。そして、コンピュータ60は、光学顕微鏡10によって得られた像の焦点がずれている場合に、駆動部5をZ方向(上下方向)に適宜移動させて焦点位置を合わせるように制御する。   That is, when positioning in the Z direction using the optical microscope 10, the computer 60 closes the shutters 29 and 46 of the Raman spectroscopic optical system 20 and the ellipsometer optical system 40, and retracts the reflecting mirror 18 to the position indicated by the phantom line. In this state, only the shutter 16 of the optical microscope 10 is opened, the light from the white light source 15 is reflected by the half mirror 13 and illuminates the surface of the wafer 3 through the objective lens 14. Then, light from the surface of the wafer 3 passes through the objective lens 14 and the half mirror 13 and enters the CCD camera 11 through the condenser lens 12, so that the computer 60 can obtain an image at the focal position of the objective lens 14. it can. Then, when the focus of the image obtained by the optical microscope 10 is deviated, the computer 60 controls the drive unit 5 to appropriately move in the Z direction (up and down direction) to adjust the focus position.

なお、エリプソメータ光学系40の光軸や焦点は、ウェハ3の表面において光学顕微鏡10の焦点と同一となるように予め調整されている。したがって、前記位置合わせ動作によって光学顕微鏡10の焦点が微調整されると、これによってエリプソメータ光学系40は光学顕微鏡10と同じ測定点Pに偏光された光L3 を照射して、この測定点Pにおける物理情報を得ることができる状態になる。 The optical axis and focus of the ellipsometer optical system 40 are adjusted in advance so as to be the same as the focus of the optical microscope 10 on the surface of the wafer 3. Therefore, when the focus of the optical microscope 10 is finely adjusted by the alignment operation, the ellipsometer optical system 40 irradiates the polarized light L 3 to the same measurement point P as that of the optical microscope 10. The physical information in can be obtained.

また、ウェハ3の表面に光学顕微鏡10によって確認できるような像(パターン)が得られない場合、コンピュータ60は、光学顕微鏡10とエリプソメータ光学系40のシャッタ16,46を閉じ、反射鏡18を実線で示す位置に配置した状態で、ラマン分光光学系20のシャッタ29のみを開き、レーザ光源28からのレーザ光が反射光18によって反射され対物レンズ14を介してウェハ3の表面に照射される。これによって、ウェハ3の表面からのラマン光が対物レンズ14と反射鏡18、ビームスプリッタ32によって反射されて検出器34に入射するので、コンピュータ60はウェハ3の表面にレーザ光を照射した際に得られる光の強度を用いて、対物レンズ14の焦点位置を定めることが可能である。   When an image (pattern) that can be confirmed by the optical microscope 10 is not obtained on the surface of the wafer 3, the computer 60 closes the shutters 16 and 46 of the optical microscope 10 and the ellipsometer optical system 40, and the reflecting mirror 18 is shown by a solid line. Only the shutter 29 of the Raman spectroscopic optical system 20 is opened, and the laser light from the laser light source 28 is reflected by the reflected light 18 and irradiated onto the surface of the wafer 3 through the objective lens 14. As a result, the Raman light from the surface of the wafer 3 is reflected by the objective lens 14, the reflecting mirror 18, and the beam splitter 32 and is incident on the detector 34. Therefore, when the computer 60 irradiates the surface of the wafer 3 with laser light. The focal position of the objective lens 14 can be determined using the intensity of the light obtained.

なお、ラマン分光光学系20と光学顕微鏡10で測定する光の波長が大きく異なる場合には、ラマン分光光学系20と光学顕微鏡10の焦点はZ方向のみ僅かにずれることが考えられる。そこで、コンピュータ60は、上述の測定条件データDbによって予め定められている用いる光の波長域Db1 からラマン分光光学系20の焦点位置のずれ量を求めることができるので、ラマン分光光学系20を用いた測定を行なう場合と、光学顕微鏡10およびエリプソメータ光学系を用いた測定を行なう場合で、試料台4をZ方向へ移動させてその焦点位置の補正を行なうことが可能である。   When the wavelengths of light measured by the Raman spectroscopic optical system 20 and the optical microscope 10 are greatly different, it is conceivable that the focal points of the Raman spectroscopic optical system 20 and the optical microscope 10 are slightly shifted only in the Z direction. Therefore, the computer 60 can determine the amount of deviation of the focal position of the Raman spectroscopic optical system 20 from the wavelength range Db1 of the light used in advance determined by the measurement condition data Db. Therefore, the Raman spectroscopic optical system 20 is used. It is possible to correct the focal position by moving the sample stage 4 in the Z direction in the case of performing the conventional measurement and in the case of performing the measurement using the optical microscope 10 and the ellipsometer optical system.

次に、コンピュータ60はエリプソメータ光学系40を用いて、ウェハ3表面の薄膜の膜厚を測定する。すなわち、コンピュータ60は、光学顕微鏡10とラマン分光光学系20のシャッタ16,29を閉じた状態で、エリプソメータ光学系40のシャッタ46のみを開き、入射光学系41から偏光された光L3 がウェハ3の表面を照らすように制御する。そして、ウェハ3表面の薄膜によって反射した偏光L4 が検出光学系42を介して分光器43に入射され、分光された偏光L5 のスペクトル強度を検出器44によって検出できる。このとき検出器44は前記測定条件データDbに含まれる積算時間Db2 によって定められている。そして、コンピュータ60は検出器44から得られたスペクトル強度を解析して、ウェハ3の表面におけるシリコン薄膜の膜厚を求めることができる。なお、エリプソメータ光学系40を用いて求められる物理量は膜厚のみならず屈折率であってもよい。 Next, the computer 60 uses the ellipsometer optical system 40 to measure the thickness of the thin film on the surface of the wafer 3. That is, the computer 60 opens only the shutter 46 of the ellipsometer optical system 40 with the optical microscope 10 and the shutters 16 and 29 of the Raman spectroscopic optical system 20 closed, and the light L 3 polarized from the incident optical system 41 is exposed to the wafer. Control to illuminate 3 surfaces. Then, the polarized light L 4 reflected by the thin film on the surface of the wafer 3 enters the spectroscope 43 via the detection optical system 42, and the spectral intensity of the split polarized light L 5 can be detected by the detector 44. At this time, the detector 44 is determined by the integration time Db 2 included in the measurement condition data Db. Then, the computer 60 can analyze the spectral intensity obtained from the detector 44 and obtain the film thickness of the silicon thin film on the surface of the wafer 3. In addition, the physical quantity calculated | required using the ellipsometer optical system 40 may be not only a film thickness but a refractive index.

続いて、コンピュータ60はラマン分光光学系20を用いて、ウェハ3表面の薄膜における応力の大きさを測定する。ラマン分光光学系20は光学顕微鏡10と同じ光軸L1 上に配置されているので、そのXY方向の位置は確実に光学顕微鏡10と同じである。なお、ラマン分光光学系20と光学顕微鏡10で測定する光の波長が大きく異なる場合には、この時点でラマン分光光学系20と光学顕微鏡10の焦点のZ方向のずれを補正する必要がある。 Subsequently, the computer 60 uses the Raman spectroscopic optical system 20 to measure the magnitude of stress in the thin film on the surface of the wafer 3. Since the Raman spectroscopic optical system 20 is disposed on the same optical axis L 1 as the optical microscope 10, the position in the XY direction is surely the same as that of the optical microscope 10. If the wavelengths of light measured by the Raman spectroscopic optical system 20 and the optical microscope 10 are greatly different, it is necessary to correct the Z-direction shift between the focal points of the Raman spectroscopic optical system 20 and the optical microscope 10 at this time.

そして、コンピュータ60は、光学顕微鏡10とエリプソメータ光学系40のシャッタ16,46を閉じ、反射鏡18を実線に示す位置に移動させた状態で、ラマン分光光学系20のシャッタ29のみを開き、レーザ光源28からのレーザ光がノッチフィルタ27、反射鏡18によって反射され対物レンズ14を介してウェハ3の表面に照射されるように制御する。そして、ウェハ3表面によって生じた光は対物レンズ14と反射鏡18によって光軸L2 上に導かれ、レイリー光を除くラマン散乱光はノッチフィルタ27を透過し、各種光学系23〜26を介して分光器21に入射する。そして、分光器21によって分光されたラマン散乱光のスペクトル強度を検出器22によって検出することができる。 Then, the computer 60 closes the shutters 16 and 46 of the optical microscope 10 and the ellipsometer optical system 40 and opens only the shutter 29 of the Raman spectroscopic optical system 20 with the reflecting mirror 18 moved to the position indicated by the solid line, and opens the laser. Control is performed so that the laser light from the light source 28 is reflected by the notch filter 27 and the reflecting mirror 18 and is irradiated onto the surface of the wafer 3 through the objective lens 14. The light generated by the surface of the wafer 3 is guided onto the optical axis L 2 by the objective lens 14 and the reflecting mirror 18, and the Raman scattered light excluding the Rayleigh light passes through the notch filter 27 and passes through various optical systems 23 to 26. Is incident on the spectroscope 21. Then, the spectral intensity of the Raman scattered light dispersed by the spectroscope 21 can be detected by the detector 22.

なお、このとき検出器22は前記測定条件データDbに含まれる積算時間Db2 によって定められている。そして、コンピュータ60は検出器22から得られたスペクトル強度を解析して、予め格納されているラマンスペクトルと応力の関係から、ウェハ3表面の測定点Pにおける応力や組成などの物理量を求めることができる。 At this time, the detector 22 is determined by the integration time Db 2 included in the measurement condition data Db. Then, the computer 60 analyzes the spectrum intensity obtained from the detector 22 and obtains physical quantities such as stress and composition at the measurement point P on the surface of the wafer 3 from the relationship between the Raman spectrum stored in advance and the stress. it can.

上述のように、本基板検査装置1では、2つの分光分析用の光源28,45、および1つの光学顕微鏡用の光源15があるが、それぞれの光出射部にシャッタ16,29,46を設けており、測定時に他のシャッタを閉じているので、別の光学系の光源からの光が測定結果に悪影響を及ぼさないようにすることができる。   As described above, the substrate inspection apparatus 1 includes the two light sources 28 and 45 for spectroscopic analysis and the light source 15 for one optical microscope. The shutters 16, 29, and 46 are provided in the respective light emitting portions. Since the other shutters are closed at the time of measurement, the light from the light source of another optical system can be prevented from adversely affecting the measurement result.

次いで、ラマン分光光学系20とエリプソメータ光学系40を用いて求められた物理量は検査結果出力プログラムPbによって定められた動作にしたがって出力される。すなわち、各ウェハ3の表面の各測定点P1 〜Pn を検査して得られた各物理量の測定値を検査結果出力条件データDcの出力パターンDc1 として予め定められた出力レイアウトで画面表示したり、検査結果の保存データD2 として記録する。また、前記出力パターンDc1として各物理量に上限や下限を定められている場合には、この範囲を超えるウェハ3が生じたときに、警告アラームなどを出力して作業者に異常を知らせることも可能である。 Next, the physical quantity obtained by using the Raman spectroscopic optical system 20 and the ellipsometer optical system 40 is output according to the operation determined by the inspection result output program Pb. That is, the measured values of the physical quantities obtained by inspecting the measurement points P 1 to P n on the surface of each wafer 3 are displayed on the screen in a predetermined output layout as the output pattern Dc 1 of the inspection result output condition data Dc. or, it recorded as storage data D 2 of the test results. In addition, when an upper limit or a lower limit is set for each physical quantity as the output pattern Dc 1 , when a wafer 3 exceeding this range is generated, a warning alarm or the like is output to notify the operator of the abnormality. Is possible.

上述の例では、測定点データDaに2次元方向に点在するn個の測定点P1 〜Pn の例を挙げており、これによってウェハ3のほぼ全面における各物理量の大まかな分布を知ることが可能であり、かつ、検査にかかる時間を短くすることができる。しかしながら、本発明はこの点に限定されるものではなく、測定点データDaに測定対象領域を定めてもよい。この場合、駆動部5を所定の間隔で移動させることにより、ウェハ3表面の応力・膜厚のマッピングを行うことができる。 In the above-described example, an example of n measurement points P 1 to P n scattered in the two-dimensional direction in the measurement point data Da is given, and thereby a rough distribution of each physical quantity on almost the entire surface of the wafer 3 is known. And the time required for the inspection can be shortened. However, the present invention is not limited to this point, and the measurement target area may be defined in the measurement point data Da. In this case, the stress and film thickness on the surface of the wafer 3 can be mapped by moving the driving unit 5 at a predetermined interval.

なお、上記第1実施例では、エリプソメータ光学系40の分光器43への光入射方法として、光ファイバ53を用いているが、これはラマン分光光学系20にも適用可能である。逆に、エリプソメータ用分光器43への光入射方法として光ファイバ53を用いず直接ピンホール57から分光器43へ光を入射させることも可能である。   In the first embodiment, the optical fiber 53 is used as the light incident method to the spectroscope 43 of the ellipsometer optical system 40, but this can also be applied to the Raman spectroscopic optical system 20. On the other hand, as a light incident method to the ellipsometer spectroscope 43, it is also possible to directly enter light from the pinhole 57 into the spectroscope 43 without using the optical fiber 53.

また、上述の第1実施例では、ラマン分光光学系20によるラマンス分光ペクトルの解析から得られる情報として応力を挙げて説明しているが、本発明はこの点に限定されるものではない。すなわち、コンピュータ60にラマン分光スペクトルのズレ量や強度に対する基板の構造・組成、あるいは電気的性質などの物理量の大きさに関する情報を格納することにより、ラマン分光光学系20を応力のみならず構造・組成、あるいは電気的性質などの物理量の測定に用いることも可能である。   In the first embodiment described above, stress is described as information obtained from the analysis of the Raman spectroscopic spectrum by the Raman spectroscopic optical system 20, but the present invention is not limited to this point. That is, by storing information on the physical quantity such as the structure / composition of the substrate or the electrical properties with respect to the shift amount and intensity of the Raman spectral spectrum in the computer 60, the Raman spectroscopic optical system 20 is not limited to the stress. It can also be used to measure physical quantities such as composition or electrical properties.

また、ウェハ3に電子回路が形成されている場合など、微細加工形状が施されている場合には、測定点データDaには、各測定点P1 〜Pn の座標のみならず、正確な測定点Pを特定するための認識イメージを記録させることも可能である。 Further, when a finely processed shape is applied, such as when an electronic circuit is formed on the wafer 3, the measurement point data Da includes not only the coordinates of the measurement points P 1 to P n but also the accurate values. It is also possible to record a recognition image for specifying the measurement point P.

図3は、微細加工形状が施されている基板の表面の特定の位置を測定点として定める例を示す図である。図3において、Iは光学顕微鏡10を用いて観察した回路パターンが形成されているウェハ3表面の像(認識イメージ)であり、この認識イメージIを各測定点P1 〜Pn 毎に測定点データDaとしてコンピュータ60に記憶する。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example in which a specific position on the surface of a substrate on which a finely processed shape is applied is defined as a measurement point. In FIG. 3, I is an image (recognition image) of the surface of the wafer 3 on which a circuit pattern observed using the optical microscope 10 is formed. This recognition image I is measured at each measurement point P 1 to P n. The data Da is stored in the computer 60.

前記認識イメージIは、各測定点P1 〜Pn を設定するために1枚目のウェハ3の表面を観察したときの像を用いて測定点P1 〜Pn 毎に定められるものである。つまり、測定点P1 〜Pn を設定するときは、光学顕微鏡10を用いてウェハ3の表面を観察し、これをコンピュータ60の画面などに表示する。次いで、操作者がこの画面を見ながら測定点P1 〜Pn を調整するように、コンピュータ60を用いて駆動部5を操作する。そして、操作者が測定点P1 〜Pn を定めると、コンピュータ60はこの測定点P1 〜Pn の座標と光学顕微鏡10によって撮像された像を測定点データDaとして保存する。 The recognition image I is determined for each of the measurement points P 1 to P n using an image obtained by observing the surface of the first wafer 3 in order to set the measurement points P 1 to P n. . That is, when setting the measurement points P 1 to P n , the surface of the wafer 3 is observed using the optical microscope 10 and displayed on the screen of the computer 60 or the like. Next, the drive unit 5 is operated using the computer 60 so that the operator adjusts the measurement points P 1 to P n while viewing this screen. When the operator determines the measurement points P 1 to P n , the computer 60 stores the coordinates of the measurement points P 1 to P n and the image captured by the optical microscope 10 as the measurement point data Da.

次に、同じ回路パターンが形成された2枚目以降のウェハ3を検査する場合には、コンピュータ60により前記搬送装置2Bがウェハ3を試料台4に載置し、測定点データDaとして保存されている各測定点P1 〜Pn の座標の中から順次一つの測定点Pを選択して、その座標に合わせて駆動部5を制御した後に、光学顕微鏡10を用いて観察した像を測定点データDaとして保存されている認識イメージIと比較して、駆動部5を制御することにより、測定点Pの微調整を行うことができる。 Next, when inspecting the second and subsequent wafers 3 on which the same circuit pattern is formed, the transfer device 2B places the wafer 3 on the sample stage 4 by the computer 60 and is stored as the measurement point data Da. One measurement point P is sequentially selected from the coordinates of the respective measurement points P 1 to P n , and the drive unit 5 is controlled in accordance with the coordinates, and then the image observed using the optical microscope 10 is measured. Compared with the recognition image I stored as the point data Da, the measurement point P can be finely adjusted by controlling the drive unit 5.

上記第1実施例のように、各測定点P1 〜Pn において光学顕微鏡10を用いて観察した像を識別イメージIとして記録することにより、試料台4上のウェハ3の位置がずれることがあっても、前記制御プログラムPaは測定時に形成された回路パターンの所定の部分を測定点Pとして確定して、この部分の応力と膜厚の関係を的確に測定することができる。つまり、回路パターンを形成することによって生じた部分的な応力の発生状況やこの応力が発生している部分における膜厚などを総合的に測定することができるので、要部となる部分に焦点を合わせてウェハ3の検査を行うことができ、それだけ検査の信頼性が向上する。 As in the first embodiment, by recording an image observed using the optical microscope 10 at each of the measurement points P 1 to P n as the identification image I, the position of the wafer 3 on the sample stage 4 may be shifted. Even if it exists, the said control program Pa can determine the predetermined part of the circuit pattern formed at the time of measurement as the measurement point P, and can measure the relationship between the stress and film thickness of this part exactly. In other words, it is possible to comprehensively measure the occurrence of partial stress caused by forming a circuit pattern and the film thickness in the part where this stress is generated, so focus on the main part. In addition, the wafer 3 can be inspected, and the reliability of the inspection is improved accordingly.

図4は、本発明の第2実施例に係る基板検査装置1Aの主要部の構成を示す図である。この第2実施例の基板検査装置1Aは、ラマン分光光学系20に、ラマン分光測定用の励起光源として、波長の異なる複数のレーザ光源28a,28b,28c,…,28nを設置している。具体的には、波長514nm,488nm,310nm,…,等に設定されたArレーザ28a,28b,28c,…,と、波長325nmといった紫外光に設定されたHe−Cdイオンレーザ28nとが用いられており、これらレーザ光源28a,28b,28c,…,28nの発振部に対向する位置に、それら波長の異なるレーザ光の一つを選択し、その選択されたレーザ光を測定対象のウェハ3に導くための位置移動式光路切替え用ミラー61a,61b,61c,…,61nが設置されている。   FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the main part of the substrate inspection apparatus 1A according to the second embodiment of the present invention. In the substrate inspection apparatus 1A of the second embodiment, a plurality of laser light sources 28a, 28b, 28c,..., 28n having different wavelengths are installed in the Raman spectroscopic optical system 20 as excitation light sources for Raman spectroscopic measurement. Specifically, Ar lasers 28a, 28b, 28c,... Set to wavelengths 514 nm, 488 nm, 310 nm,..., And a He-Cd ion laser 28n set to ultraviolet light having a wavelength of 325 nm are used. The laser light sources 28a, 28b, 28c,..., 28n are opposed to the oscillating portions, and one of the laser beams having different wavelengths is selected, and the selected laser light is applied to the wafer 3 to be measured. Position moving optical path switching mirrors 61a, 61b, 61c,..., 61n for guiding are installed.

また、ラマン分光光学系20には、分光器21に入射するラマン光を調整するための集光レンズ23、ピンホール24、コリメータレンズ25、集光された光を分光器21へ導くための集光レンズ26の他に、複数のレーザ光源28a,28b,28c,…,28nのうち選択されたレーザ光から出射される励起光以外の波長の光をカットする光学フィルタ(バンドパスフィルタ)62aが取り付けられステッピングモータ63により回転される円板62と、集光レンズ64と、レーザ光を遮断するレーザ光用シャッタ65と、レーザ光をコリメート光にするコリメータレンズ66と、レーザ光をウェハ3に導き、その後レイリー光をカットする光学フィルタ67aが取り付けられステッピングモータ68により回転される円板67とよりなり、ウェハ3の測定点Pに照射するレーザ光を選択的に自動切替え可能なレーザ光選択装置が設けられている。   The Raman spectroscopic optical system 20 includes a condenser lens 23 for adjusting Raman light incident on the spectroscope 21, a pinhole 24, a collimator lens 25, and a condenser for guiding the collected light to the spectroscope 21. In addition to the optical lens 26, there is an optical filter (bandpass filter) 62a that cuts light of a wavelength other than the excitation light emitted from the laser light selected from the laser light sources 28a, 28b, 28c,. A disk 62 attached and rotated by a stepping motor 63, a condensing lens 64, a laser light shutter 65 for blocking the laser light, a collimator lens 66 for making the laser light collimated, and the laser light on the wafer 3 An optical filter 67a that guides and then cuts Rayleigh light is attached and rotated by a stepping motor 68. Selectively automatically switchable laser light selection device the laser light applied to the measurement point P of the wafer 3 are provided.

また、ラマン分光分析では、波長が325nmの紫外光を励起光として用いることがあるので、集光レンズ12によってCCDカメラ11に入射される光により得られる像によるオートフォーカス機構では焦点が異なることがある点を考慮して、光学顕微鏡10と同じ光軸L1 上に配置したビームスプリッタ69及び集光レンズ70を通してレイリー光強度を検出し、その検出レイリー光強度の値が最大値となるように試料台4の駆動部5をZ方向(上下方向)に移動制御することにより、焦点位置を合わせるための焦点検出用の検出器71が設けられている。 In Raman spectroscopic analysis, ultraviolet light having a wavelength of 325 nm may be used as excitation light. Therefore, an autofocus mechanism using an image obtained from light incident on the CCD camera 11 by the condenser lens 12 may have different focal points. Considering a certain point, the Rayleigh light intensity is detected through the beam splitter 69 and the condenser lens 70 arranged on the same optical axis L 1 as the optical microscope 10 so that the value of the detected Rayleigh light intensity becomes the maximum value. A focus detection detector 71 for adjusting the focal position is provided by controlling the movement of the driving unit 5 of the sample stage 4 in the Z direction (vertical direction).

さらに、この第2実施例に係る基板検査装置1Aでは、測定対象のウェハ3に近接する試料台4の周辺近傍位置にデータ校正用試料72が設置されている。このデータ校正用試料72としては、エリプソメータ用にはNISTサンプルなど予め膜厚や屈折率が既知のもの、また、ラマン分光用には膜のない単結晶シリコンあるいは予め応力・組成が既知の歪みシリコンを数10mm角にカットしたものの1つもしくは複数(図面上では4つ配置しているもので示す)を用いることが望ましいが、その設置数や種別は任意に選択可能である。   Further, in the substrate inspection apparatus 1A according to the second embodiment, a data calibration sample 72 is installed in the vicinity of the periphery of the sample stage 4 close to the wafer 3 to be measured. As the data calibration sample 72, an NIST sample such as an NIST sample is known in advance for an ellipsometer, a single crystal silicon without a film or a strained silicon whose stress and composition is known in advance for Raman spectroscopy. It is desirable to use one or a plurality of those cut into tens of mm squares (shown as four arranged in the drawing), but the number and type of installation can be arbitrarily selected.

なお、第2実施例に係る基板検査装置1Aにおけるその他の構成は、第1実施例で説明したものと同一であるため、該当部分、該当部位にそれぞれ同一の符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。   In addition, since the other structure in the board | substrate inspection apparatus 1A which concerns on 2nd Example is the same as what was demonstrated in 1st Example, it attaches | subjects the same code | symbol to an applicable part and an applicable site | part, respectively, and those details Description is omitted.

上記した第2実施例に係る基板検査装置1Aによれば、エリプソメータ光学系40による膜厚や屈折率とラマン分光光学系20による同じ微小領域における応力や組成の両方を共に高精度に測定し、それらを同時に表示するなど出力することができるといった第1実施例に係る基板検査装置1と同様な効果を奏するほかに、ラマン分光光学系20による応力や組成の測定に際して、それらの深さ方向分布も簡単に測定することが可能である。   According to the substrate inspection apparatus 1A according to the second embodiment described above, both the film thickness and the refractive index by the ellipsometer optical system 40 and the stress and the composition in the same minute region by the Raman spectroscopic optical system 20 are both measured with high accuracy. In addition to the same effects as the substrate inspection apparatus 1 according to the first embodiment, such as being able to display and output them at the same time, when measuring stress and composition by the Raman spectroscopic optical system 20, their depth direction distributions Can also be measured easily.

例えば、図5に示すように、表面から順に数nm〜数10nmの歪みシリコン層3a、数10nm〜数100nmのSiGe層3b、単結晶シリコン基板3cを積層して形成されたシリコンウェハ3を測定対象とする場合において、侵入深さが760nmと大きい波長(λ=514nm)のArレーザ28aを選択して測定点Pにレーザ光を照射することにより、図6に示すように、SiGe層3b中のSi−Siバンドに起因するラマンスペクトルが大きな強度で検出することが可能である反面、最上層の歪みシリコン層3a中のSi−Siバンドのラマンスペクトルは単結晶シリコン基板3cのSi−Siバンドのラマンスペクトルの影響を受けて検出が困難になる。   For example, as shown in FIG. 5, a silicon wafer 3 formed by laminating a strained silicon layer 3a of several nanometers to several tens of nanometers, a SiGe layer 3b of several tens of nanometers to several hundred nanometers, and a single crystal silicon substrate 3c in order from the surface is measured. In the case of the object, by selecting an Ar laser 28a having a large penetration depth (λ = 514 nm) of 760 nm and irradiating the measurement point P with laser light, as shown in FIG. 6, in the SiGe layer 3b While the Raman spectrum due to the Si-Si band of the uppermost layer can be detected with high intensity, the Raman spectrum of the Si-Si band in the uppermost strained silicon layer 3a is the Si-Si band of the single crystal silicon substrate 3c. Detection is difficult due to the influence of the Raman spectrum.

そこで、レーザ光選択装置により侵入深さが10nm程度の波長(λ=325nm)のHe−Cdイオンレーザ28nを選択して紫外光を測定点Pに照射することにより、最上層の歪みシリコン層3aのラマンスペクトルのみを測定することが可能となる。なお、この場合、極端に侵入深さが小さいレーザ光を用いると、SiGe層3bまで励起光が到達せず、SiGe層3bのラマンスペクトルを測定することが不可能となることがあるので、最上層3aの厚さにもよるが、比較的基板3cの影響が出にくくて、SiGe層3bに到達する波長のレーザ光を選択する必要がある。   Therefore, the uppermost strained silicon layer 3a is selected by selecting a He-Cd ion laser 28n having a wavelength of about 10 nm (λ = 325 nm) and irradiating the measurement point P with ultraviolet light by a laser light selection device. Only the Raman spectrum of can be measured. In this case, if laser light having an extremely small penetration depth is used, the excitation light does not reach the SiGe layer 3b, and it may be impossible to measure the Raman spectrum of the SiGe layer 3b. Although depending on the thickness of the upper layer 3a, it is necessary to select a laser beam having a wavelength that reaches the SiGe layer 3b because the influence of the substrate 3c is relatively difficult to occur.

このように測定対象基板の積層構造や最上層の歪みシリコン層3aの厚さ等に応じて、波長の異なるレーザ光を選択的かつ自動的に切替え照射させることにより、測定対象ウェハ3の応力や組成の深さ方向(膜厚方向)での分布を簡単かつ基板3cの影響を受けることが少ない状態で確実にスペクトルを検出することができ、これによって、近年の半導体基板の製造に多く採用されている歪みシリコンを用いた半導体基板を測定対象とする場合であっても、その歪みシリコン層3aの内部応力、さらには下地層であるSiGe層3bの組成などの各種物理量を確実に測定して高精度な基板検査を行うことができる。   Thus, by selectively and automatically switching and irradiating laser beams having different wavelengths according to the laminated structure of the measurement target substrate, the thickness of the uppermost strained silicon layer 3a, etc., the stress of the measurement target wafer 3 The spectrum can be reliably detected in a state where the distribution in the depth direction (film thickness direction) of the composition is simple and less influenced by the substrate 3c, and as a result, it is widely used in the manufacture of semiconductor substrates in recent years. Even when a semiconductor substrate using strained silicon is used as a measurement target, various physical quantities such as the internal stress of the strained silicon layer 3a and the composition of the SiGe layer 3b as an underlayer are reliably measured. Highly accurate substrate inspection can be performed.

また、半導体製造ラインに組み込んで用いられる基板検査装置においては、長期的に安定よい測定結果が得られるといった再現性が求められる。特に、シリコン系材料のラマン分光による応力測定に関しては、0.01/cm程度の高精度測定が求められるが、長期間に亘りそのような高精度測定の再現性を維持するためには、測定対象試料(ウェハ)の温度コントロール、周囲環境温度の変動に伴う光学系の変動制御、光学フィルタの性能確保等を十分に留意しなければならない。   In addition, in a substrate inspection apparatus used by being incorporated in a semiconductor production line, reproducibility that a stable measurement result can be obtained in the long term is required. In particular, for stress measurement of silicon-based materials by Raman spectroscopy, high-accuracy measurement of about 0.01 / cm is required, but in order to maintain the reproducibility of such high-accuracy measurement over a long period of time, measurement is required. Careful attention must be paid to temperature control of the target sample (wafer), control of fluctuations in the optical system accompanying fluctuations in the ambient environment temperature, ensuring the performance of the optical filter, and the like.

第2実施例の基板検査装置1Aは、上述したような留意点を加味したものであって、測定対象のウェハ3に対する所定の測定前もしくは測定後あるいはロボットアーム6によりウェハ3を試料台4上に搬送する途中などの任意のタイミングで、図7に示すように、試料台4の周辺近傍位置に設置したデータ校正用試料72が測定点Pとなるように、駆動部5を水平方向(X,Y方向)及び高さ方向(Z方向)に移動させる。   The substrate inspection apparatus 1A according to the second embodiment takes into account the above-mentioned points of attention, and the wafer 3 is placed on the sample table 4 before or after the predetermined measurement for the wafer 3 to be measured or by the robot arm 6. As shown in FIG. 7, the drive unit 5 is moved in the horizontal direction (X) so that the data calibration sample 72 placed near the periphery of the sample table 4 becomes the measurement point P as shown in FIG. , Y direction) and height direction (Z direction).

そして、エリプソメータ光学系40を用いてデータ校正用試料72の膜厚及び/または屈折率を測定するとともに、ラマン分光光学系20を用いてデータ校正用試料72の応力及び/または組成を測定し、それら測定値を基準にして測定対象ウェハ3の測定値を校正することにより、周囲環境温度の変動に起因する光学フィルタの劣化などの光学系の変動や光学部品の歪みによる波長ずれ、さらには、測定対象ウェハ3自体の温度影響によるラマンスペクトルのピークシフトのずれなどが生じたとしても、応力や組成、膜厚や屈折率等の各種物理量を周囲環境温度の変動にかかわらず正確に測定し、基板検査精度を再現性よく維持することができる。   Then, the film thickness and / or refractive index of the data calibration sample 72 is measured using the ellipsometer optical system 40, and the stress and / or composition of the data calibration sample 72 is measured using the Raman spectroscopic optical system 20, By calibrating the measurement value of the wafer 3 to be measured with reference to these measurement values, the wavelength shift due to optical system fluctuations such as deterioration of the optical filter due to fluctuations in the ambient environment temperature and distortion of optical components, Even if there is a shift in the peak shift of the Raman spectrum due to the temperature effect of the measurement target wafer 3 itself, various physical quantities such as stress, composition, film thickness, refractive index, etc. are accurately measured regardless of fluctuations in the ambient environment temperature, Substrate inspection accuracy can be maintained with good reproducibility.

図8は、本発明の第3実施例に係る基板検査装置1Bの主要部の構成を示す図である。この第3実施例の基板検査装置1Bは、上記した第1実施例に係る基板検査装置1及び第2実施例に係る基板検査装置1Aにおけるエリプソメータ光学系40を取り除き、ラマン分光光学系20と演算処理装置(コンピュータ)60とを備えてなるもので、そのラマン分光光学系20には、第2実施例の場合と同様に、ラマン分光測定用の励起光源として、波長の異なる複数のレーザ光源28a,28b,28c,…,28nを設置しているとともに、測定対象のウェハ3に近接する試料台4の周辺近傍位置にデータ校正用試料72を設置してなる。なお、ラマン分光光学系20におけるその他の構成は第2実施例の構成と同一であるため、該当部分、該当部位に同一の符号を付して、それらの詳しい説明を省略する。   FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the main part of the substrate inspection apparatus 1B according to the third embodiment of the present invention. The substrate inspection apparatus 1B according to the third embodiment removes the ellipsometer optical system 40 from the substrate inspection apparatus 1 according to the first embodiment and the substrate inspection apparatus 1A according to the second embodiment, and operates with the Raman spectroscopic optical system 20. As in the case of the second embodiment, the Raman spectroscopic optical system 20 includes a plurality of laser light sources 28a having different wavelengths as excitation light sources for Raman spectroscopic measurement. 28b, 28c,..., 28n, and a data calibration sample 72 is installed in the vicinity of the periphery of the sample table 4 close to the wafer 3 to be measured. Since other configurations in the Raman spectroscopic optical system 20 are the same as those in the second embodiment, the same reference numerals are given to the corresponding portions and the corresponding portions, and detailed descriptions thereof are omitted.

この第3実施例に係る基板検査装置1Bによれば、測定対象ウェハ3の積層構造や最上層の厚さ等に応じて、複数のレーザ光源28a,28b,28c,…,28nからウェハ3に波長の異なるレーザ光を選択的かつ自動的に切替え照射させることにより、測定対象ウェハ3の応力や組成の深さ方向(膜厚方向)での分布を簡単かつ基板影響を受けることが少ない状態で確実に検出することが可能で、近年の半導体基板の製造に多く採用されている歪みシリコンを用いた半導体基板を測定対象とする場合であっても、その歪みシリコン層の内部応力、さらには下地層であるSiGe層の組成などの各種物理量を確実に測定して高精度な基板検査を行うことができるだけでなく、ラマン分光光学系20を用いてデータ校正用試料72の応力及び/または組成を随時に測定し、それら測定値を基準にして、測定対象ウェハ3の測定値を校正することにより、周囲環境温度の変動にかかわらず、測定対象ウェハ3の応力及び組成を正確に測定して基板検査精度の向上並びに長期再現性を達成することができる。   According to the substrate inspection apparatus 1B according to the third embodiment, a plurality of laser light sources 28a, 28b, 28c,..., 28n are transferred from the plurality of laser light sources 28a, 28b, 28c,. By selectively and automatically switching and irradiating laser beams having different wavelengths, the stress in the measurement target wafer 3 and the distribution of the composition in the depth direction (film thickness direction) can be easily and hardly affected by the substrate. Even when a semiconductor substrate using strained silicon, which is widely used in the manufacture of semiconductor substrates in recent years, can be measured, the internal stress of the strained silicon layer, Not only can various physical quantities such as the composition of the SiGe layer, which is the ground layer, be reliably measured to perform high-accuracy substrate inspection, but also the stress of the data calibration sample 72 using the Raman spectroscopic optical system 20 and Or, by measuring the composition at any time and calibrating the measurement value of the measurement target wafer 3 based on these measurement values, the stress and the composition of the measurement target wafer 3 can be accurately measured regardless of the ambient temperature fluctuation. As a result, the substrate inspection accuracy can be improved and the long-term reproducibility can be achieved.

なお、データ校正用試料72として単結晶シリコンを用いる場合、その単結晶ラマンスペクトルの温度とピークシフトとの関係及びデータ校正用試料72の温度と測定対象試料(ウェハ)3の温度との関係は予め正確に測定しておけばよい。また、正常な状態においてラマン分光光学系20でデータ校正用試料72を測定したときのスペクトル半値幅、スペクトルピーク強度を基準とし、その基準値と随時にデータ校正用試料72を測定したときのスペクトル半値幅、スペクトルピーク強度値とを比較することによって、ラマン分光光学系20の正常・異常を判定することが可能である。特に、強度の変動は、光学フィルタの劣化や光軸のずれ、レーザ光源からの出力パワーの変動等に起因していることが多いので、強度値をモニタリングすることで基板検査装置における異常部の特定を容易に行うことができる。   When single crystal silicon is used as the data calibration sample 72, the relationship between the temperature of the single crystal Raman spectrum and the peak shift and the relationship between the temperature of the data calibration sample 72 and the temperature of the measurement target sample (wafer) 3 are as follows. What is necessary is just to measure accurately in advance. In addition, the spectrum half-value width and spectrum peak intensity when the data calibration sample 72 is measured by the Raman spectroscopic optical system 20 in a normal state are used as a reference, and the spectrum obtained when the data calibration sample 72 is measured as needed. It is possible to determine normality / abnormality of the Raman spectroscopic optical system 20 by comparing the half width and the spectral peak intensity value. In particular, intensity fluctuations are often caused by optical filter degradation, optical axis misalignment, fluctuations in output power from the laser light source, etc. Identification can be performed easily.

また、データ校正用試料72自体に温度計を取り付けて該データ校正用試料72の温度変化を直接的に計測してもよい。この場合は、周囲環境温度の変動を即座に検出して測定対象ウェハ3の測定値の校正に有効に活用することができる。   Alternatively, a temperature meter may be attached to the data calibration sample 72 itself, and the temperature change of the data calibration sample 72 may be directly measured. In this case, fluctuations in the ambient environment temperature can be immediately detected and effectively used for calibration of the measurement value of the measurement target wafer 3.

1,1A,1B 基板検査装置
2B 搬送装置
3 ウェハ(測定対象試料)
4 試料台
10 光学顕微鏡
20 ラマン分光光学系
28,28a,28b,…,28n レーザ光源
40 エリプソメータ光学系
60 演算処理装置
72 データ校正用試料
1 検査レシピデータ
Da 測定点データ
Db 測定条件データ
Dc 出力条件データ
I 認識イメージ
3 偏光された光
P,P1 〜Pn 測定点
X,Y 水平方向
Z 高さ方向
1, 1A, 1B Substrate inspection device 2B Transfer device 3 Wafer (sample to be measured)
4 Sample stage 10 Optical microscope 20 Raman spectroscopic optical system 28, 28 a, 28 b,..., 28 n Laser light source 40 Ellipsometer optical system 60 Arithmetic processing unit 72 Data calibration sample D 1 Inspection recipe data Da Measurement point data Db Measurement condition data Dc output Condition data I Recognition image L 3 Polarized light P, P 1 to P n Measurement points X, Y Horizontal direction Z Height direction

Claims (9)

移動可能に構成された試料台と、測定対象試料を試料台上に搬送する搬送装置と、試料台上の測定対象試料の測定点を観察する光学顕微鏡と、その測定点に多波長の偏光された光を照射して測定対象に関する情報を出力するエリプソメータ光学系と、前記光学顕微鏡の測定点にレーザ光を照射して測定対象に関する別の情報を出力するラマン分光光学系と、得られた情報を用いて測定点における膜厚または屈折率に加えて応力または組成を解析して出力する演算処理装置とを有することを特徴とする基板検査装置。   A sample stage configured to be movable, a transport device for transporting the measurement target sample onto the sample stage, an optical microscope for observing the measurement point of the measurement target sample on the sample stage, and a multi-wavelength polarized light at the measurement point. Ellipsometer optical system for irradiating the measured light and outputting information on the measurement object, Raman spectroscopic optical system for irradiating the measurement point of the optical microscope with laser light and outputting other information on the measurement object, and obtained information And a processing unit that analyzes and outputs stress or composition in addition to the film thickness or refractive index at the measurement point. 移動可能に構成された試料台と、測定対象試料を試料台上に搬送する搬送装置と、試料台上の測定対象試料の測定点を観察する光学顕微鏡と、その測定点に多波長の偏光された光を照射して測定対象に関する情報を出力するエリプソメータ光学系と、前記光学顕微鏡の測定点にレーザ光を照射して測定対象に関する別の情報を出力するラマン分光光学系と、得られた情報を用いて測定点における膜厚または屈折率に加えて応力または組成を解析して出力する演算処理装置とを有し、前記ラマン分光光学系には、波長の異なる複数のレーザ光源及びこれら複数のレーザ光源から測定対象試料の測定点に照射するレーザ光を選択的に自動切替え可能なレーザ光選択装置が設けられていることを特徴とする基板検査装置。   A sample stage configured to be movable, a transport device for transporting the measurement target sample onto the sample stage, an optical microscope for observing the measurement point of the measurement target sample on the sample stage, and a multi-wavelength polarized light at the measurement point. Ellipsometer optical system for irradiating the measured light and outputting information on the measurement object, Raman spectroscopic optical system for irradiating the measurement point of the optical microscope with laser light and outputting other information on the measurement object, and obtained information And an arithmetic processing unit that analyzes and outputs stress or composition in addition to the film thickness or refractive index at the measurement point, and the Raman spectroscopic optical system includes a plurality of laser light sources having different wavelengths and a plurality of these laser light sources. A substrate inspection apparatus provided with a laser light selection device capable of automatically and selectively switching laser light irradiated from a laser light source to a measurement point of a sample to be measured. 試料台の測定対象試料に近接する位置に校正用試料が設置され、この校正用試料をエリプソメータ光学系及びラマン分光光学系により随時測定することにより得られる情報を基準にして、エリプソメータ光学系及びラマン分光光学系より出力される測定対象試料に関する情報を校正可能としている請求項1または2に記載の基板検査装置。   A calibration sample is installed at a position near the sample to be measured on the sample stage, and the ellipsometer optical system and the Raman system are based on information obtained by measuring the calibration sample with the ellipsometer optical system and the Raman spectroscopic optical system as needed. The substrate inspection apparatus according to claim 1, wherein information relating to the measurement target sample output from the spectroscopic optical system can be calibrated. 光学顕微鏡によって観察した像あるいは測定対象試料にレーザ光を照射した際に得られる光の強度を用いてその焦点の位置を確認しながら、試料台の高さ方向の位置調整を行った後に、エリプソメータ光学系およびラマン分光光学系を用いて測定を行うように構成してある請求項1〜3のいずれかに記載の基板検査装置。   After adjusting the position of the sample stage in the height direction while checking the position of the focal point using the image observed with an optical microscope or the intensity of the light obtained when the sample to be measured is irradiated with laser light, the ellipsometer The board | substrate inspection apparatus in any one of Claims 1-3 comprised so that a measurement might be performed using an optical system and a Raman spectroscopy optical system. 演算処理装置が、測定対象試料における測定点の位置を示す座標と、ラマン分光光学系及びエリプソメータ光学系に用いる光の波長域、検出時の積算時間、及び、用いる検量線の情報を含む測定条件と、検査結果の出力パターンを示す検査結果出力条件とからなる検査レシピデータを有し、この検査レシピデータに従って複数の測定対象試料に対して同じ検査を順次行う自動検査機能を有する請求項1〜4のいずれかに記載の基板検査装置。   Measurement conditions including information indicating the coordinates of the position of the measurement point in the sample to be measured, the wavelength range of light used in the Raman spectroscopic optical system and the ellipsometer optical system, the integration time at the time of detection, and the calibration curve used. And an inspection recipe data including an inspection result output condition indicating an output pattern of an inspection result, and an automatic inspection function for sequentially performing the same inspection on a plurality of measurement target samples according to the inspection recipe data. 5. The board inspection apparatus according to any one of 4 above. 演算処理装置が、検査レシピデータの測定点の位置を示すデータとして、測定対象試料における測定点の光学顕微鏡によって観察した像からなる認識イメージを有し、測定対象試料の表面を光学顕微鏡によって観察した像と前記認識イメージとを比較することにより、試料台を平面方向に移動させて測定点の平面位置の調整を行った後に、エリプソメータ光学系およびラマン分光光学系を用いて測定を行う請求項5に記載の基板検査装置。   The arithmetic processing unit has a recognition image composed of an image observed by the optical microscope of the measurement point in the measurement target sample as data indicating the position of the measurement point of the inspection recipe data, and the surface of the measurement target sample is observed by the optical microscope 6. The measurement is performed using an ellipsometer optical system and a Raman spectroscopic optical system after the sample stage is moved in the plane direction and the plane position of the measurement point is adjusted by comparing the image with the recognition image. The board inspection apparatus according to 1. 移動可能に構成された試料台と、測定対象試料を試料台上に搬送する搬送装置と、試料台上の測定対象試料の測定点を観察する光学顕微鏡と、前記光学顕微鏡の測定点にレーザ光を照射して測定対象に関する別の情報を出力するラマン分光光学系と、得られた情報を用いて測定点における応力あるいは歪みを解析して出力する演算処理装置とを有することを特徴とする基板検査装置。   A sample stage configured to be movable, a transport device for transporting the measurement target sample onto the sample stage, an optical microscope for observing the measurement point of the measurement target sample on the sample stage, and a laser beam at the measurement point of the optical microscope A substrate comprising: a Raman spectroscopic optical system that emits another information on a measurement object by irradiating and an arithmetic processing unit that analyzes and outputs stress or distortion at a measurement point using the obtained information Inspection device. 移動可能に構成された試料台と、測定対象試料を試料台上に搬送する搬送装置と、試料台上の測定対象試料の測定点を観察する光学顕微鏡と、前記光学顕微鏡の測定点にレーザ光を照射して測定対象試料に関する情報を出力するラマン分光光学系と、得られた情報を用いて測定点における応力あるいは歪みを解析して出力する演算処理装置とを有し、前記ラマン分光光学系には、波長の異なる複数のレーザ光源及びこれら複数のレーザ光源から測定対象試料の測定点に照射するレーザ光を選択的に自動切替え可能なレーザ光選択装置が設けられていることを特徴とする基板検査装置。   A sample stage configured to be movable, a transport device for transporting the measurement target sample onto the sample stage, an optical microscope for observing the measurement point of the measurement target sample on the sample stage, and a laser beam at the measurement point of the optical microscope A Raman spectroscopic optical system that outputs information on the sample to be measured by irradiating the sample, and an arithmetic processing unit that analyzes and outputs stress or distortion at the measurement point using the obtained information, and the Raman spectroscopic optical system Is provided with a plurality of laser light sources having different wavelengths and a laser light selection device capable of automatically and automatically switching the laser light irradiated from the plurality of laser light sources to the measurement point of the measurement target sample. Board inspection equipment. 試料台の測定対象試料に近接する位置に校正用試料が設置され、この校正用試料をラマン分光光学系により随時測定することにより得られる情報を基準にして、ラマン分光光学系より出力される測定対象試料に関する情報を校正可能としている請求項7または8に記載の基板検査装置。   A measurement sample output from the Raman spectroscopic optical system based on information obtained by measuring the calibration sample at any time using the Raman spectroscopic optical system. The substrate inspection apparatus according to claim 7 or 8, wherein information on the target sample can be calibrated.
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