JP2536059B2 - 物体の表面状態測定装置及び表面の高さ測定装置 - Google Patents
物体の表面状態測定装置及び表面の高さ測定装置Info
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は物体の表面状態、特に表面の局所的な凹凸変
化を測定する装置に関し、特に半導体ウェハ等のフラッ
トネス計測を行なう装置に関するものである。
化を測定する装置に関し、特に半導体ウェハ等のフラッ
トネス計測を行なう装置に関するものである。
近年、半導体素子の製造現場では、縮小投影型露光装
置、所謂ステッパーが多用されるようになった。ステッ
パーはレチクルに形成された回路パターンを投影光学系
を介して半導体ウェハ上の一部分の領域に結像投影する
とともに、ウェハを一定量だけステッピングさせては別
の領域を露光することを繰り返してウェハ全面に回路パ
ターンの像を焼き付けていくものである。最近のステッ
パーでは、集積度の急激な上昇に対応して、より高解像
力の高い投影光学系が使われるようになった。例えば露
光用証明光の波長をｇ線とし、有効投影領域をウェハ上
で15×15mm程度にして、開口数（N.A.）を0.48程度にし
た投影レンズの開発が進んでいる。このような投影レン
ズは、実用解像力としてウェハ上で0.6μｍ程度の線幅
が焼き付け可能であるが、その反面焦点深度が±0.8μ
ｍ程度と極端に浅くなるといった問題がある。
置、所謂ステッパーが多用されるようになった。ステッ
パーはレチクルに形成された回路パターンを投影光学系
を介して半導体ウェハ上の一部分の領域に結像投影する
とともに、ウェハを一定量だけステッピングさせては別
の領域を露光することを繰り返してウェハ全面に回路パ
ターンの像を焼き付けていくものである。最近のステッ
パーでは、集積度の急激な上昇に対応して、より高解像
力の高い投影光学系が使われるようになった。例えば露
光用証明光の波長をｇ線とし、有効投影領域をウェハ上
で15×15mm程度にして、開口数（N.A.）を0.48程度にし
た投影レンズの開発が進んでいる。このような投影レン
ズは、実用解像力としてウェハ上で0.6μｍ程度の線幅
が焼き付け可能であるが、その反面焦点深度が±0.8μ
ｍ程度と極端に浅くなるといった問題がある。
このためウェハ上の１つの露光領域（ショット領域）
に対して投影レンズの像面を精密に一致させる自動焦点
合わせが必須となる。ところが、ウェハの表面には多か
れ少なかれそり、うねり、厚みムラ等が発生しているの
が実情であり、１つのショット領域内で表面のうねり
（微小凹凸）が焦点深度内の許容される範囲（例えば±
0.2μｍ）を超える場合があると、１ショット領域内で
部分的な解像不良、線幅不良等が発生し、素子製造上の
歩留りを左右することになる。
に対して投影レンズの像面を精密に一致させる自動焦点
合わせが必須となる。ところが、ウェハの表面には多か
れ少なかれそり、うねり、厚みムラ等が発生しているの
が実情であり、１つのショット領域内で表面のうねり
（微小凹凸）が焦点深度内の許容される範囲（例えば±
0.2μｍ）を超える場合があると、１ショット領域内で
部分的な解像不良、線幅不良等が発生し、素子製造上の
歩留りを左右することになる。
そこで、ウェハの平坦度（フラットネス）を予め高精
度に測定する技術、ないしは装置の要求が高まってい
る。ウェハのフラットネス測定では、ウェハ上の異なる
２点での高さ方向のちがいを0.1μｍ〜0.01μｍ程の分
解能で計測する必要があり、現在のところ簡便さの理由
で光学式、又は静電容量式の非接触型測定器が実用化さ
れている。静電容量式の測定方法としては、ウェハをほ
ぼ水平に回転させ、ウェハの上面側と下面側に静電容量
型センサーを対向配置し、これら各センサーとウェハの
表面、裏面の各間隔変化を計測することでフラットネス
を知る装置が実用化されている。
度に測定する技術、ないしは装置の要求が高まってい
る。ウェハのフラットネス測定では、ウェハ上の異なる
２点での高さ方向のちがいを0.1μｍ〜0.01μｍ程の分
解能で計測する必要があり、現在のところ簡便さの理由
で光学式、又は静電容量式の非接触型測定器が実用化さ
れている。静電容量式の測定方法としては、ウェハをほ
ぼ水平に回転させ、ウェハの上面側と下面側に静電容量
型センサーを対向配置し、これら各センサーとウェハの
表面、裏面の各間隔変化を計測することでフラットネス
を知る装置が実用化されている。
また光学の測定方法としてはウェハ全面にガラス板、
又はプリズムを介してコヒーレント光を照射し、そのガ
ラス板又はプリズムの基準平面からの反射光と、ウェハ
表面からの反射光とを干渉させ、その干渉縞の様子を解
析することでフラットネスを知る装置が実用化されてい
る。
又はプリズムを介してコヒーレント光を照射し、そのガ
ラス板又はプリズムの基準平面からの反射光と、ウェハ
表面からの反射光とを干渉させ、その干渉縞の様子を解
析することでフラットネスを知る装置が実用化されてい
る。
ここで、前者の静電容量式の場合は、比較的精度が低
く、例えば±0.2μｍ程度しか得られない。さらにセン
サーの感度との兼ね合いで、表面の測定点の面積をあま
り小さくできないといった問題点もある。これに対して
後者の干渉方式の場合は、理論的には精度の高いものが
得られるが、基準平面自体のフラットネスが測定値に誤
差として重畳されてくるため、基準平面を規定する光学
部材が高価になる。一般に光学部材の平面性を高めよう
とすると、加工上の制約から、あまり小さな面積で平面
を仕上げることはむずかしく、それなりに大きな部材に
なってしまう。さらに干渉縞の明暗変化からウェハ上の
任意の部分領域のフラットネスを知ろうとすると、その
解析が複雑になるといった問題もある。さらに基準平面
とのウェハ面と相対的な傾きも測定結果に大きく影響す
ることがある。
く、例えば±0.2μｍ程度しか得られない。さらにセン
サーの感度との兼ね合いで、表面の測定点の面積をあま
り小さくできないといった問題点もある。これに対して
後者の干渉方式の場合は、理論的には精度の高いものが
得られるが、基準平面自体のフラットネスが測定値に誤
差として重畳されてくるため、基準平面を規定する光学
部材が高価になる。一般に光学部材の平面性を高めよう
とすると、加工上の制約から、あまり小さな面積で平面
を仕上げることはむずかしく、それなりに大きな部材に
なってしまう。さらに干渉縞の明暗変化からウェハ上の
任意の部分領域のフラットネスを知ろうとすると、その
解析が複雑になるといった問題もある。さらに基準平面
とのウェハ面と相対的な傾きも測定結果に大きく影響す
ることがある。
そこで本発明は、フラットネス等の測定を行うべき物
体の表面の局所部分（例えば1mmφ）に測定ビームを斜
めに投射する投影系（20a〜20e）と表面の局所部分から
の反射ビームＬを受光して光電信号を出力する受光系
（20f〜20k）とを備えた一対の検知部20を、前記局所領
域が互いに所定の間隔だけ離れるように複数対備えた検
知手段（20〜24）と、表面とほぼ平行に検知手段（20〜
24）と物体Ｗとを相対移動させる移動手段（９、11）
と、検知手段のうちから少なくとも１つの検知部を選択
する選択手段（346）と、移動手段（９、11）による相
対移動の際に選択手段（346）で選択された検出部から
得られる光電信号に基づいて表面の平面度等の表面状態
を解析する測定手段34とを設けるようにした。
体の表面の局所部分（例えば1mmφ）に測定ビームを斜
めに投射する投影系（20a〜20e）と表面の局所部分から
の反射ビームＬを受光して光電信号を出力する受光系
（20f〜20k）とを備えた一対の検知部20を、前記局所領
域が互いに所定の間隔だけ離れるように複数対備えた検
知手段（20〜24）と、表面とほぼ平行に検知手段（20〜
24）と物体Ｗとを相対移動させる移動手段（９、11）
と、検知手段のうちから少なくとも１つの検知部を選択
する選択手段（346）と、移動手段（９、11）による相
対移動の際に選択手段（346）で選択された検出部から
得られる光電信号に基づいて表面の平面度等の表面状態
を解析する測定手段34とを設けるようにした。
本発明では物体表面の局所部分の仮想的な基準面に対
する高さ位置を、複数の検知手段によって同時に検知す
るため、物体と検知手段との相対移動量が少なくてよ
く、測定のスループットが向上する。
する高さ位置を、複数の検知手段によって同時に検知す
るため、物体と検知手段との相対移動量が少なくてよ
く、測定のスループットが向上する。
また絞った測定ビームを斜めに投照する方式であるた
め、検出分解能が高く、実験の結果によれば0.02μｍ程
度の分解能が得られ、さらに検出再現性も高い。
め、検出分解能が高く、実験の結果によれば0.02μｍ程
度の分解能が得られ、さらに検出再現性も高い。
第１図は本発明の実施例による測定装置の主要部分の
概略構成を示す斜視図であり、第２図はさらに全体的な
構成を示すシステムブロック図である。ｘ、ｙ方向に２
次元移動する移動ステージ１の位置（座標値）は、測長
器（レーザ干渉計、リニアエンコーダ等）３、５によっ
て検出される。ステージ１の上部にはウェハＷの裏面を
吸着するウェハホルダー７と、基準反射面を有する基準
部材FMとが設けられ、ステージ１には、これらウェハホ
ルダー７と基準部材FMとを一体にｚ方向（上下方向）に
微動させるＺステージも含まれている。第２図にも示す
ように、ステージ１のｘ、ｙ方向の移動はモータ９によ
って行なわれ、ステージコントローラ11は測長器３、５
の位置情報に基づいてモータ９を最適に制御する。
概略構成を示す斜視図であり、第２図はさらに全体的な
構成を示すシステムブロック図である。ｘ、ｙ方向に２
次元移動する移動ステージ１の位置（座標値）は、測長
器（レーザ干渉計、リニアエンコーダ等）３、５によっ
て検出される。ステージ１の上部にはウェハＷの裏面を
吸着するウェハホルダー７と、基準反射面を有する基準
部材FMとが設けられ、ステージ１には、これらウェハホ
ルダー７と基準部材FMとを一体にｚ方向（上下方向）に
微動させるＺステージも含まれている。第２図にも示す
ように、ステージ１のｘ、ｙ方向の移動はモータ９によ
って行なわれ、ステージコントローラ11は測長器３、５
の位置情報に基づいてモータ９を最適に制御する。
さて、ステージ１の上方には、本実施例の場合、５組
の斜入射光式位置検出センサー20、21、22、23、24が所
定の間隔でｙ方向に配列されている。
の斜入射光式位置検出センサー20、21、22、23、24が所
定の間隔でｙ方向に配列されている。
ここで第２図を用いて代表して位置検出センサー20の
詳細な構成を説明する。発光ダイオード（LED）、半導
体レーザダイオード（LD）等の光源20aからの光はコン
デンサーレンズ20bを介してピンホール、又はスリット
を形成した遮光板20cを照明する。ピンホール又はスリ
ット（以下ピンホールとする）を透過した光は、投射光
学系としての結像レンズ20dによって結像光束になって
射出し、ミラー20eで反射され、ウェハＷの表面の所定
点に遮光板20cのピンホール像（例えば直径1mm）として
結像される。この時結像レンズ20d光軸とウェハ表面と
の成す角度は５°〜15°程度に設定される。こうしてウ
ェハ表面で反射された光はミラー20fを介して結像レン
ズ20gに入射し、ミラー20hで反射して、スリット板20i
上にウェハＷ上のピンホール像の反射像として再結像す
る。スリット板20iには受光するピンホール反射像とほ
ぼ等しいか若干小さい幅のスリットが第２図中の紙面と
垂直な方向に伸びるように形成されている。従ってウェ
ハ表面の測定点（ピンホール像投射部分）が所定の平面
（仮想基準面）と一致したとき、ピンホール反射像はス
リット板20i上のスリット中心位置に正確に一致し、そ
の測定点が仮想基準面に対して上下動することにより、
ピンホール反射像もスリット板20iのスリットを横切る
ように上下動する。光電センサー20jはスリット20iの透
過光を受光し、その光量に応じた光電信号を位置ずれ検
出回路20kに出力する。位置ずれ検出回路20kは増幅器等
を含み、仮想基準面に対するウェハ表面のｚ方向の位置
ずれ量に対応したアナログ信号20sをアナログ−デジタ
ル変換回路（ADC）30に出力する。
詳細な構成を説明する。発光ダイオード（LED）、半導
体レーザダイオード（LD）等の光源20aからの光はコン
デンサーレンズ20bを介してピンホール、又はスリット
を形成した遮光板20cを照明する。ピンホール又はスリ
ット（以下ピンホールとする）を透過した光は、投射光
学系としての結像レンズ20dによって結像光束になって
射出し、ミラー20eで反射され、ウェハＷの表面の所定
点に遮光板20cのピンホール像（例えば直径1mm）として
結像される。この時結像レンズ20d光軸とウェハ表面と
の成す角度は５°〜15°程度に設定される。こうしてウ
ェハ表面で反射された光はミラー20fを介して結像レン
ズ20gに入射し、ミラー20hで反射して、スリット板20i
上にウェハＷ上のピンホール像の反射像として再結像す
る。スリット板20iには受光するピンホール反射像とほ
ぼ等しいか若干小さい幅のスリットが第２図中の紙面と
垂直な方向に伸びるように形成されている。従ってウェ
ハ表面の測定点（ピンホール像投射部分）が所定の平面
（仮想基準面）と一致したとき、ピンホール反射像はス
リット板20i上のスリット中心位置に正確に一致し、そ
の測定点が仮想基準面に対して上下動することにより、
ピンホール反射像もスリット板20iのスリットを横切る
ように上下動する。光電センサー20jはスリット20iの透
過光を受光し、その光量に応じた光電信号を位置ずれ検
出回路20kに出力する。位置ずれ検出回路20kは増幅器等
を含み、仮想基準面に対するウェハ表面のｚ方向の位置
ずれ量に対応したアナログ信号20sをアナログ−デジタ
ル変換回路（ADC）30に出力する。
以上、代表して１つの位置検出センサー20の構成を説
明したが、他の位置検出センサー21、22、23、24につい
ても全く同様の構成であり、それぞれ測定点のｚ方向の
位置ずれ量に対応したアナログ信号21s、22s、23s、24s
をADC30へ出力する。ここで第１図に示すように、５組
の位置検出センサー21〜24各投射系の結像レンズ20d、2
1d、22d、23d、24dはともに同一のものであり、それぞ
れ測定ビームL0、L1、L2、L3、L4を入射する。また各受
光系の結像レンズ20g、21g、22g、23g、24gはともに同
一のものであり、それぞれウェハＷからの反射ビームを
入射する。
明したが、他の位置検出センサー21、22、23、24につい
ても全く同様の構成であり、それぞれ測定点のｚ方向の
位置ずれ量に対応したアナログ信号21s、22s、23s、24s
をADC30へ出力する。ここで第１図に示すように、５組
の位置検出センサー21〜24各投射系の結像レンズ20d、2
1d、22d、23d、24dはともに同一のものであり、それぞ
れ測定ビームL0、L1、L2、L3、L4を入射する。また各受
光系の結像レンズ20g、21g、22g、23g、24gはともに同
一のものであり、それぞれウェハＷからの反射ビームを
入射する。
尚、基準部材FMの反射性表面はウェハ表面とほぼ等し
い高さ位置になるように固定されている。この基準部材
FMは５組の位置検出センサーの相互の検出誤差（オフセ
ット）を求めるために使われる。再び第２図の説明に戻
り、ADC30でデジタル値に変換された各信号20s、21s、2
2s、23s、24sの大きさは、メモリ32にｚ方向のずれ量と
して記憶される。このとき、ステージ１の座標値も重要
なファクターであるので、測長器３、５からの位置情報
S1をステージコントローラ11を介してメモリ32に取り込
む。主制御系34は、キーボード等の端末を含む入力部36
からの指令に応答して各種動作を実行する。さらに主制
御系34は、メモリ32に記憶された各測定点でのｚ方向の
位置ずれ量情報S2やステージコントローラ11を介して得
られるステージ１の位置情報S1等を入力し、ウェハ表面
のフラットネスの様子を解析するとともに、その結果を
テレビブラウン管、プリンター、ハードコピー等の表示
部38に出力する。また、主制御系34に内蔵された主な機
能ブロックは、較正モード340、グローバル測定モード3
42、及びローカル測定モード344の３つであり、このう
ちいずれか１つのモードがセレクター部346で選択さ
れ、それに伴った制御アルゴリズムの情報ALGがステー
ジコントローラ11、メモリ32、及びADC30へ出力され
る。
い高さ位置になるように固定されている。この基準部材
FMは５組の位置検出センサーの相互の検出誤差（オフセ
ット）を求めるために使われる。再び第２図の説明に戻
り、ADC30でデジタル値に変換された各信号20s、21s、2
2s、23s、24sの大きさは、メモリ32にｚ方向のずれ量と
して記憶される。このとき、ステージ１の座標値も重要
なファクターであるので、測長器３、５からの位置情報
S1をステージコントローラ11を介してメモリ32に取り込
む。主制御系34は、キーボード等の端末を含む入力部36
からの指令に応答して各種動作を実行する。さらに主制
御系34は、メモリ32に記憶された各測定点でのｚ方向の
位置ずれ量情報S2やステージコントローラ11を介して得
られるステージ１の位置情報S1等を入力し、ウェハ表面
のフラットネスの様子を解析するとともに、その結果を
テレビブラウン管、プリンター、ハードコピー等の表示
部38に出力する。また、主制御系34に内蔵された主な機
能ブロックは、較正モード340、グローバル測定モード3
42、及びローカル測定モード344の３つであり、このう
ちいずれか１つのモードがセレクター部346で選択さ
れ、それに伴った制御アルゴリズムの情報ALGがステー
ジコントローラ11、メモリ32、及びADC30へ出力され
る。
第３図はウェハＷの表面と５組の位置検出センサー20
〜24の各測定点P0、P1、P2、P3、P4の配列との関係を示
す平面図である。５つの測定点P0〜P4は、例えば、ウェ
ハＷ上に形成される１つのショット領域CPの寸法と同程
度（約15mm）の距離だけ間隔をあけて、ｙ方向に並べら
れており、ピンホール（又はスリット）の像が投射され
ている。
〜24の各測定点P0、P1、P2、P3、P4の配列との関係を示
す平面図である。５つの測定点P0〜P4は、例えば、ウェ
ハＷ上に形成される１つのショット領域CPの寸法と同程
度（約15mm）の距離だけ間隔をあけて、ｙ方向に並べら
れており、ピンホール（又はスリット）の像が投射され
ている。
尚、第３図中のL0′、L1′、L2′、L3′、L4′、の各
々は各測定点P0〜P4からの反射ビームを表す。
々は各測定点P0〜P4からの反射ビームを表す。
次に、本実施例の動作を第４図のフローチャートを参
照して説明するが、前提としてステージ１のピッチング
量は極めて少ないものとする。まず、実際のウェハＷを
測定する前に、５組の位置検出センサー20〜24の各検出
オフセット量を求めるキャリブレーション（較正動作）
が必要か否かを判断する（ステップ100）。キャリブレ
ーションの必要がないときはステップ108でオフセット
値を零に設定しておく。キャリブレーションの必要があ
るときは、セレクタ346が較正モード340を選択し、基準
部材FMを各センサー20〜24の測定点P0〜P4のもとに順次
送り込み、基準部材FM上のほぼ同一の点の高さ位置を順
次に計測する（ステップ102、104）。この際、ステージ
１のＺステージを制御して、基準部材FMの表面が検出範
囲内に入いるように基準部材FMの高さ位置を調整して固
定しておく。これらの測定点P0〜P4の各々での基準部材
FMでの高さ位置のずれ量は、ADC30を介してメモリ32に
取り込まれる。
照して説明するが、前提としてステージ１のピッチング
量は極めて少ないものとする。まず、実際のウェハＷを
測定する前に、５組の位置検出センサー20〜24の各検出
オフセット量を求めるキャリブレーション（較正動作）
が必要か否かを判断する（ステップ100）。キャリブレ
ーションの必要がないときはステップ108でオフセット
値を零に設定しておく。キャリブレーションの必要があ
るときは、セレクタ346が較正モード340を選択し、基準
部材FMを各センサー20〜24の測定点P0〜P4のもとに順次
送り込み、基準部材FM上のほぼ同一の点の高さ位置を順
次に計測する（ステップ102、104）。この際、ステージ
１のＺステージを制御して、基準部材FMの表面が検出範
囲内に入いるように基準部材FMの高さ位置を調整して固
定しておく。これらの測定点P0〜P4の各々での基準部材
FMでの高さ位置のずれ量は、ADC30を介してメモリ32に
取り込まれる。
次に主制御系34は、メモリ32から計測データを読み込
み、各位置検出センサー20〜24に対してオフセット値を
設定する（ステップ106）。
み、各位置検出センサー20〜24に対してオフセット値を
設定する（ステップ106）。
次に入力部36で予めセットされた測定モードに従って
セレクタ346はグローバル測定モードとローカル測定モ
ードのいずれか一方を選択する（ステップ110）。ここ
でグローバルモードが選択されると、ウェハＷの全面
を、例えば15mmピッチで測定する（ステップ112）。こ
の場合、第３図に示すように５つの測定点P0〜P4はｙ方
向に15mm間隔で配列されているため、ｘ方向に約15mmピ
ッチでステージ１をステッピングさせては各センサー20
〜24からの位置ずれ情報をADC30を介してメモリ32に取
り込む。この際、同時にステージ１の座標値も取り込
む。また大きなウェハを測定する場合は、ｙ方向に関し
てもステージ１をステッピングさせる必要があるが、そ
の量は15mm×５＝75mmであり、通常の６インチウェハ
（直径約150mm）を対象とすると、ｙ方向には１回だけ
ステッピングさせよばよい。ｘ方向については９〜10回
のステッピング（15mmピッチ）が必要とする。メモリ32
にウェハ全面の計測データが取り込まれたら、各測定点
での実測値を各センサー毎に設定されたオフセット値で
補正する（ステップ114）。この様子を第５図に模式的
に表わす。第５図（Ｂ）は各センサー20〜24（測定点P0
〜P4）毎のオフセット量を表わし、第５図（Ａ）の矢印
は、ウェハ上のある測定点での実測値を表わす。各実測
値をオフセット補正すると、第５図（Ａ）中の破線で表
わしたウェハ表面のフラットネス状態が求まる。この補
正後のフラットネス状態が表示部38に出力される（ステ
ップ116）。ただし、ここでのフラットネス状態は15mm
ピッチの格子点で表された粗いものとなる。
セレクタ346はグローバル測定モードとローカル測定モ
ードのいずれか一方を選択する（ステップ110）。ここ
でグローバルモードが選択されると、ウェハＷの全面
を、例えば15mmピッチで測定する（ステップ112）。こ
の場合、第３図に示すように５つの測定点P0〜P4はｙ方
向に15mm間隔で配列されているため、ｘ方向に約15mmピ
ッチでステージ１をステッピングさせては各センサー20
〜24からの位置ずれ情報をADC30を介してメモリ32に取
り込む。この際、同時にステージ１の座標値も取り込
む。また大きなウェハを測定する場合は、ｙ方向に関し
てもステージ１をステッピングさせる必要があるが、そ
の量は15mm×５＝75mmであり、通常の６インチウェハ
（直径約150mm）を対象とすると、ｙ方向には１回だけ
ステッピングさせよばよい。ｘ方向については９〜10回
のステッピング（15mmピッチ）が必要とする。メモリ32
にウェハ全面の計測データが取り込まれたら、各測定点
での実測値を各センサー毎に設定されたオフセット値で
補正する（ステップ114）。この様子を第５図に模式的
に表わす。第５図（Ｂ）は各センサー20〜24（測定点P0
〜P4）毎のオフセット量を表わし、第５図（Ａ）の矢印
は、ウェハ上のある測定点での実測値を表わす。各実測
値をオフセット補正すると、第５図（Ａ）中の破線で表
わしたウェハ表面のフラットネス状態が求まる。この補
正後のフラットネス状態が表示部38に出力される（ステ
ップ116）。ただし、ここでのフラットネス状態は15mm
ピッチの格子点で表された粗いものとなる。
また先のステップ110でローカル測定モードが指定さ
れると、主制御系34はウェハＷ上の測定すべき１つの部
分領域（例えば15mm×15mm）の座標位置と表面位置検出
センサー20〜24のうちの使用すべきセンサーとを指定す
る（ステップ118）。この場合、第４図の配置からも明
らかなように、測定点P0〜P4はｙ方向に15mm間隔で並ん
でいるため、ウェハＷ上のｙ方向に並んだ２以上の部分
領域のフラットネスを測定する場合は、それに対応した
２以上のセンサーを同時に指定することもできる。
れると、主制御系34はウェハＷ上の測定すべき１つの部
分領域（例えば15mm×15mm）の座標位置と表面位置検出
センサー20〜24のうちの使用すべきセンサーとを指定す
る（ステップ118）。この場合、第４図の配置からも明
らかなように、測定点P0〜P4はｙ方向に15mm間隔で並ん
でいるため、ウェハＷ上のｙ方向に並んだ２以上の部分
領域のフラットネスを測定する場合は、それに対応した
２以上のセンサーを同時に指定することもできる。
次に主制御系34はステージ１を計測すべき座標位置に
移動させた後、ウェハＷ上の１つの測定点が相対的に約
1mmピッチでｘ、ｙ方向に順次ステッピングするように
ステージ１を制御し、各ステッピング位置毎に、ステー
ジ１の座標情報S1と指定されたセンサーからの情報をメ
モリ32に取り込む（ステップ120）。１つの部分領域を1
5mm角とすると、1mmピッチで高さ位置をサンプリングし
たときのデータ数は16×16＝256個になる。この測定結
果はただちに表示部38に表示される（ステップ122）。
この場合、１つの部分領域内では１つのセンサーを用い
ているため、オフセット補正は不要である。ただし、複
数の部分領域を別々のセンサーで測定した場合等は、相
互のセンサー間のオフセットを考慮して補正を行なって
から表示する必要がある。
移動させた後、ウェハＷ上の１つの測定点が相対的に約
1mmピッチでｘ、ｙ方向に順次ステッピングするように
ステージ１を制御し、各ステッピング位置毎に、ステー
ジ１の座標情報S1と指定されたセンサーからの情報をメ
モリ32に取り込む（ステップ120）。１つの部分領域を1
5mm角とすると、1mmピッチで高さ位置をサンプリングし
たときのデータ数は16×16＝256個になる。この測定結
果はただちに表示部38に表示される（ステップ122）。
この場合、１つの部分領域内では１つのセンサーを用い
ているため、オフセット補正は不要である。ただし、複
数の部分領域を別々のセンサーで測定した場合等は、相
互のセンサー間のオフセットを考慮して補正を行なって
から表示する必要がある。
尚、上記シーケンス中では省略したが、ローカルモー
ドで指定されたセンサーが、ウェハＷ上の部分領域と正
しく焦点合わせされるように、ステージ１のＺステージ
を上下動させて固定しておく必要がある。その場合、例
えば部分領域の中心点と１つのセンサーの測定点との座
標値をほぼ一致させ、その位置でディテクタ（20j〜24
j）の出力が最大となるようにＺステージの高さ位置を
調整してから測定を行なうとよい。
ドで指定されたセンサーが、ウェハＷ上の部分領域と正
しく焦点合わせされるように、ステージ１のＺステージ
を上下動させて固定しておく必要がある。その場合、例
えば部分領域の中心点と１つのセンサーの測定点との座
標値をほぼ一致させ、その位置でディテクタ（20j〜24
j）の出力が最大となるようにＺステージの高さ位置を
調整してから測定を行なうとよい。
またステップ102のキャリブレーション動作ではステ
ージ１上の基準部材FMを用いたが、ウェハＷ上の同一点
を各センサー20〜24の測定点P0〜P4のもとに移動させて
も同様の効果が得られる。
ージ１上の基準部材FMを用いたが、ウェハＷ上の同一点
を各センサー20〜24の測定点P0〜P4のもとに移動させて
も同様の効果が得られる。
また本実施例のようなフラットネス測定の場合、ウェ
ハＷを吸着固定するウェハホルダー７の載置面のフラッ
トネスの影響が問題になる。
ハＷを吸着固定するウェハホルダー７の載置面のフラッ
トネスの影響が問題になる。
そこで、特にグローバル測定モードでウェハＷ全面の
フラットネス計測を行なった後、同一のウェハＷを90°
回転させて再びウェハホルダー７に固定し、再度フラッ
トネスの計測を行ない、２つの計測データを比較するこ
とにより、ウェハホルダー７自体のフラットネス（凹凸
状態）を求めておくとよい。そして以後のウェハに対し
ては、フラットネスの実測値にセンサー間のオフセット
分の補正を加え、さらにウェハホルダー７表面のフラッ
トネス分の補正を加えることでウェハＷ表面の真のフラ
ットネスが求まる。
フラットネス計測を行なった後、同一のウェハＷを90°
回転させて再びウェハホルダー７に固定し、再度フラッ
トネスの計測を行ない、２つの計測データを比較するこ
とにより、ウェハホルダー７自体のフラットネス（凹凸
状態）を求めておくとよい。そして以後のウェハに対し
ては、フラットネスの実測値にセンサー間のオフセット
分の補正を加え、さらにウェハホルダー７表面のフラッ
トネス分の補正を加えることでウェハＷ表面の真のフラ
ットネスが求まる。
さらに上記実施例ではウェハＷをｘ、ｙに２次元移動
させるものとしたが、ウェハＷをターンテーブルに固定
し、ウェハの中心を軸として回転させ、各センサー20〜
24はウェハ中心から半径方向に所定の間隔で並べてもよ
い。
させるものとしたが、ウェハＷをターンテーブルに固定
し、ウェハの中心を軸として回転させ、各センサー20〜
24はウェハ中心から半径方向に所定の間隔で並べてもよ
い。
ところで本実施例のセンサー20〜24は第２図にも示し
たように、ウェハＷからの反射ビームをスリット20iを
介して光量検出するだけなので、高速な高さ位置計測が
可能である。そのためグローバルモード、ローカルモー
ドともステージ１をステッピングさせて一時停止させな
くともよく、ウェハＷが移動している途中で、高さ位置
の情報をADC30を介して取り込んでもよい。この場合、
各センサー20〜24の測定点P0〜P4（又はいずれか１つ）
がウェハＷ上の測定すべき点に来たとき、アナログ信号
20s〜24sをADC30でデジタルサンプリングすればよい。
このタイミングは測長器S1からの位置情報S1をモニター
することで極めて容易に実現できる。またこのようにウ
ェハＷを走らせながら測定する場合は、機械的な振動、
空気のゆらぎ等の影響でアナログ信号20s〜24sにノイズ
が重畳することも考えられる。そこで走査方向に関し
て、ウェハＷ上の測定すべき点の前後の複数点でアナロ
グ信号20s〜24sの大きさを高速にデジタルサンプリング
して、それらの値を平均して１つのデータとする手法を
採用するとよい。この際、例えばウェハＷ上にできるピ
ンホール像の大きさを1mmφとすると、ウェハＷが測定
すべき点の前後±1mmの範囲（計3mm）に入ったとき、ピ
ンホール像の大きさよりも小さな移動量（例えば0.2m
m）毎に測長器３、５からの位置情報（アップダウンパ
ルス）に応答してアナログ信号20s〜24sをデジタルサン
プリングするとよい。
たように、ウェハＷからの反射ビームをスリット20iを
介して光量検出するだけなので、高速な高さ位置計測が
可能である。そのためグローバルモード、ローカルモー
ドともステージ１をステッピングさせて一時停止させな
くともよく、ウェハＷが移動している途中で、高さ位置
の情報をADC30を介して取り込んでもよい。この場合、
各センサー20〜24の測定点P0〜P4（又はいずれか１つ）
がウェハＷ上の測定すべき点に来たとき、アナログ信号
20s〜24sをADC30でデジタルサンプリングすればよい。
このタイミングは測長器S1からの位置情報S1をモニター
することで極めて容易に実現できる。またこのようにウ
ェハＷを走らせながら測定する場合は、機械的な振動、
空気のゆらぎ等の影響でアナログ信号20s〜24sにノイズ
が重畳することも考えられる。そこで走査方向に関し
て、ウェハＷ上の測定すべき点の前後の複数点でアナロ
グ信号20s〜24sの大きさを高速にデジタルサンプリング
して、それらの値を平均して１つのデータとする手法を
採用するとよい。この際、例えばウェハＷ上にできるピ
ンホール像の大きさを1mmφとすると、ウェハＷが測定
すべき点の前後±1mmの範囲（計3mm）に入ったとき、ピ
ンホール像の大きさよりも小さな移動量（例えば0.2m
m）毎に測長器３、５からの位置情報（アップダウンパ
ルス）に応答してアナログ信号20s〜24sをデジタルサン
プリングするとよい。
尚、このように測長器３、５からの単位移動量毎の位
置情報に応答してADC30でデジタルサンプリングを行な
う手法は、ウェハ全面に渡って適用してもよい。
置情報に応答してADC30でデジタルサンプリングを行な
う手法は、ウェハ全面に渡って適用してもよい。
さて、第２図に示したセンサー20〜24は、ウェハＷか
らの反射ビームの光量を検出する方式なので、ウェハＷ
の反射率によっては、アナログ信号20s〜24sの大きさと
高さ位置ずれ量との関係が全く異なったものになってし
まう。そこで第２図中のミラー20hをビームスプリッタ
ーにかえて、結像レンズ20gを通った反射ビームの一部
をビームスプリッターを介して直接受光する第２のディ
テクターを設け、この第２のディテクターからの光電信
号を分母にして、ディテクター20jからの光電信号を分
子とするアナログ割算器等を検出回路20kに設け、その
割算結果をアナログ信号20sとして出力するようにすれ
ば、ウェハＷの反射率のちがいによる光量変化は相殺さ
れ、アナログ信号20sは常にウェハ表面の高さ位置の変
化のみに追従したものになる。
らの反射ビームの光量を検出する方式なので、ウェハＷ
の反射率によっては、アナログ信号20s〜24sの大きさと
高さ位置ずれ量との関係が全く異なったものになってし
まう。そこで第２図中のミラー20hをビームスプリッタ
ーにかえて、結像レンズ20gを通った反射ビームの一部
をビームスプリッターを介して直接受光する第２のディ
テクターを設け、この第２のディテクターからの光電信
号を分母にして、ディテクター20jからの光電信号を分
子とするアナログ割算器等を検出回路20kに設け、その
割算結果をアナログ信号20sとして出力するようにすれ
ば、ウェハＷの反射率のちがいによる光量変化は相殺さ
れ、アナログ信号20sは常にウェハ表面の高さ位置の変
化のみに追従したものになる。
以上、本発明では請求項１の発明では、複数の検出部
のうちから１又は２以上の検出部を選択できるため、測
定が必要な領域のみを測定できる。そして、すべての検
出部を選択すれば、スループットの高い測定処理が可能
となる。また、請求項３、４の発明では、複数の検出部
の各オフセット量を求め、検出部のキャリブレーション
をすることができるので、検出精度が向上する。また本
発明は、半導体ウェハのみならずほぼ平坦な表面を有す
る物体ならば、ガラス板、金属板等どのようなものでも
測定可能である。また計測すべき基板の表面に１〜数μ
ｍ程度の厚みで薄膜が形成されているようなときは、投
射系から射出される測定ビームの波長帯域を広いものに
するか、又は異なるスペクトル線を発光する光源を複数
用意し、その異なるスペクトル線を合成して測定ビーム
とすると、薄膜の干渉作用の影響が低減できる。
のうちから１又は２以上の検出部を選択できるため、測
定が必要な領域のみを測定できる。そして、すべての検
出部を選択すれば、スループットの高い測定処理が可能
となる。また、請求項３、４の発明では、複数の検出部
の各オフセット量を求め、検出部のキャリブレーション
をすることができるので、検出精度が向上する。また本
発明は、半導体ウェハのみならずほぼ平坦な表面を有す
る物体ならば、ガラス板、金属板等どのようなものでも
測定可能である。また計測すべき基板の表面に１〜数μ
ｍ程度の厚みで薄膜が形成されているようなときは、投
射系から射出される測定ビームの波長帯域を広いものに
するか、又は異なるスペクトル線を発光する光源を複数
用意し、その異なるスペクトル線を合成して測定ビーム
とすると、薄膜の干渉作用の影響が低減できる。
第１図は本発明のの実施例による測定装置の主要部分の
概略構成を示す斜視図、第２図は本実施例による測定装
置の全体的な構成を示すブロック図、第３図はウェハと
測定点との配置関係を示す平面図、第４図は本実施例に
よる装置の動作を説明するフローチャート図、第５図
は、オフセット補正の様子を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｗ……ウェハ、FM……基準部材、１……ステージ、３、
５……測長器、７……ウェハホルダー、20、21、22、2
3、24……表面位置検出センサー、20d、21d、22d、23
d、24d……投射系の結像レンズ、20g、21g、22g、23g、
24g……受光系の結像レンズ、P0、P1、P2、P3、P4……
測定点（ピンホール像）。
概略構成を示す斜視図、第２図は本実施例による測定装
置の全体的な構成を示すブロック図、第３図はウェハと
測定点との配置関係を示す平面図、第４図は本実施例に
よる装置の動作を説明するフローチャート図、第５図
は、オフセット補正の様子を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｗ……ウェハ、FM……基準部材、１……ステージ、３、
５……測長器、７……ウェハホルダー、20、21、22、2
3、24……表面位置検出センサー、20d、21d、22d、23
d、24d……投射系の結像レンズ、20g、21g、22g、23g、
24g……受光系の結像レンズ、P0、P1、P2、P3、P4……
測定点（ピンホール像）。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−274633（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−144447（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−71301（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−4141（ＪＰ，Ａ) 特公 平６−21766（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平５−13443（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平４−39566（ＪＰ，Ｙ２)
Claims (5)
- 【請求項１】ほぼ平坦な表面を有する物体に測定ビーム
を投影し、前記表面からの反射ビームを検出することに
より、前記表面の平面度等の状態を測定する装置におい
て、 前記物体の表面の局所部分に前記測定ビームを斜めに投
射する投射系と前記局所部分からの反射ビームを受光し
て光電信号を出力する受光系とを備えた一対の検知部
を、前記局所領域が互いに所定の間隔だけ離れるように
複数対備えた検知手段と、 前記表面とほぼ平行に、前記検知手段と前記物体とを相
対移動させる移動手段と、 前記検知手段のうちから少なくとも１つの検知部を選択
する選択手段と、 前記移動手段による相対移動の際に前記選択手段で選択
された検出部から得られる光電信号に基づいて、前記表
面の平面度等の表面状態を解析する測定手段と を有することを特徴とする物体の表面状態測定装置。 - 【請求項２】前記受光系は、スリット板を前面に有した
第１のディテクター、前記スリット板を有さない第２の
ディテクター、および前記第１のディテクターの出力を
前記第２のディテクターの出力で割算する割算器を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の物体の表面状態測
定装置 - 【請求項３】ほぼ平坦な表面を有する物体に測定ビーム
を投影し、前記表面からの反射ビームを検出することに
より、前記表面の高さ位置を測定する装置において、 前記物体の表面の局所部分に前記測定ビームを斜めに投
射する投射系と前記局所部分からの反射ビームを受光し
て前記表面とほぼ垂直方向の高さ位置信号を出力する受
光系とを備えた一対の検知部を、前記局所領域が互いに
所定の間隔だけ離れるように複数対備えた検知手段と、 前記物体の近傍に配置され、前記測定ビームを反射させ
る基準反射部材と、 前記投射系の測定ビームの投射位置が前記基準反射部材
上に来るように、前記検知手段又は前記基準反射部材を
相対的に移動させる移動手段と、 前記基準反射部材で反射した測定ビームを受光して前記
受光系から出力される高さ位置信号に基づき、前記検出
部毎のオフセット量を記憶する記憶手段と を有し、前記オフセット量に基づいて物体の表面高さを
測定することを特徴とする物体の表面高さ測定装置。 - 【請求項４】ほぼ平坦な表面を有する物体に測定ビーム
を投影し、前記表面からの反射ビームを検出することに
より、前記表面の高さ位置を測定する装置において、 前記物体の表面の局所部分に前記測定ビームを斜めに投
射する投射系と前記局所部分からの反射ビームを受光し
て前記表面とほぼ垂直方向の高さ位置信号を出力する受
光系とを備えた一対の検知部を、前記局所領域が互いに
所定の間隔だけ離れるように複数対備えた検知手段と、 前記複数の検知部の測定ビームが前記物体の表面上の一
点に順次投射するように、前記検出手段又は前記物体を
相対的に移動させる移動手段と、 前記投射系の測定ビームが前記一点に投射した際に前記
受光系から出力される高さ位置信号に基づき、前記検出
部毎のオフセット量を記憶する記憶手段と を有し、前記オフセット量に基づいて物体の表面高さを
測定することを特徴とする物体の表面高さ測定装置。 - 【請求項５】前記検出手段によって前記吸着ホルダーの
表面の高さ位置信号をほぼ全面に渡って予め測定し、こ
の高さ位置信号に基づいて前記物体の表面の測定結果を
補正する補正手段と を備えたことを特徴とする請求項３に記載の物体の表面
高さ測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63122635A JP2536059B2 (ja) | 1988-05-19 | 1988-05-19 | 物体の表面状態測定装置及び表面の高さ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63122635A JP2536059B2 (ja) | 1988-05-19 | 1988-05-19 | 物体の表面状態測定装置及び表面の高さ測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01292206A JPH01292206A (ja) | 1989-11-24 |
| JP2536059B2 true JP2536059B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=14840852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63122635A Expired - Lifetime JP2536059B2 (ja) | 1988-05-19 | 1988-05-19 | 物体の表面状態測定装置及び表面の高さ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2536059B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI402890B (zh) * | 2005-01-24 | 2013-07-21 | 尼康股份有限公司 | Measurement methods, measurement systems, inspection methods, inspection systems, exposure methods and exposure systems |
| JP5247664B2 (ja) * | 2009-11-18 | 2013-07-24 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 基板検査装置及びその測定運用システム |
| WO2014169154A1 (en) * | 2013-04-10 | 2014-10-16 | Dcg Systems, Inc. | Optimized wavelength photon emission microscope for vlsi devices |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4344160A (en) * | 1980-05-02 | 1982-08-10 | The Perkin-Elmer Corporation | Automatic wafer focusing and flattening system |
| JPS61258422A (ja) * | 1985-05-13 | 1986-11-15 | Canon Inc | 自動焦点合わせ装置 |
| JPS61251705A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-08 | Sumitomo Metal Ind Ltd | パタ−ン検査方法及び装置 |
| JPS62173044A (ja) * | 1986-01-23 | 1987-07-29 | Goto Tanko Kk | 傾斜ロ−ル型圧延装置 |
| JPS62169353U (ja) * | 1986-04-18 | 1987-10-27 | ||
| JPS62274633A (ja) * | 1986-05-23 | 1987-11-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ウエハ又は基板表面検査方法 |
-
1988
- 1988-05-19 JP JP63122635A patent/JP2536059B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01292206A (ja) | 1989-11-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |