JP2631003B2 - 試料形状測定装置及びその測定方法 - Google Patents
試料形状測定装置及びその測定方法Info
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- JP2631003B2 JP2631003B2 JP23994588A JP23994588A JP2631003B2 JP 2631003 B2 JP2631003 B2 JP 2631003B2 JP 23994588 A JP23994588 A JP 23994588A JP 23994588 A JP23994588 A JP 23994588A JP 2631003 B2 JP2631003 B2 JP 2631003B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は干渉計を利用して試料の表面形状を測定する
表面形状測定装置及び測定方法に関する。
表面形状測定装置及び測定方法に関する。
［従来技術］ 薄板状試料である半導体ウェーハは全体的反りや傾斜
と部分的な凹凸とを合せ持っており、ウェーハの表面や
裏面はこれらが合成された形状をなしている。
と部分的な凹凸とを合せ持っており、ウェーハの表面や
裏面はこれらが合成された形状をなしている。
微細パターンの焼付けを行う半導体製造工程において
は、ウェーハを基準平面に吸着固定したときのウェーハ
表面の凹凸量が露光装置の焦点深度内にあることが必要
であり、吸着基準平面に吸着されたウェーハ表面の凹凸
量の検査が重要となっている。
は、ウェーハを基準平面に吸着固定したときのウェーハ
表面の凹凸量が露光装置の焦点深度内にあることが必要
であり、吸着基準平面に吸着されたウェーハ表面の凹凸
量の検査が重要となっている。
従来、干渉計を利用してこの検査を行う場合には、干
渉計の参照平面に対して、ウェーハ吸着基準面を予め既
知の位置関係とすることが必要であった。即ち、ウェー
ハ表面の干渉縞状態のみからは、ウェーハを吸着固定し
ている基準平面の傾き状態が判らないので、吸着基準平
面に対するウェーハ表面の凹凸量を得るには、基準面の
傾きを調整する必要があった。
渉計の参照平面に対して、ウェーハ吸着基準面を予め既
知の位置関係とすることが必要であった。即ち、ウェー
ハ表面の干渉縞状態のみからは、ウェーハを吸着固定し
ている基準平面の傾き状態が判らないので、吸着基準平
面に対するウェーハ表面の凹凸量を得るには、基準面の
傾きを調整する必要があった。
この点を改善するために本願出願人は特願昭62-15621
2号において、参照平面と試料吸着基準面との位置関係
にかかわりなく測定できるよう、参照平面と基準平面上
に干渉縞を形成する手段を設け、両干渉縞情報に基づき
縞解析を行う技術を提案している。
2号において、参照平面と試料吸着基準面との位置関係
にかかわりなく測定できるよう、参照平面と基準平面上
に干渉縞を形成する手段を設け、両干渉縞情報に基づき
縞解析を行う技術を提案している。
しかしながら、この技術もウェーハ吸着基準平面を完
全平面と仮定しているので、この仮定を保証できない場
合には十分な効果が期待できない。
全平面と仮定しているので、この仮定を保証できない場
合には十分な効果が期待できない。
また、現在におけるウェーハの大口径化、パターン線
幅の微細化は極めて高い精度の測定を要求する。
幅の微細化は極めて高い精度の測定を要求する。
測定精度の高度化に応える技術として、縞走査干渉法
（Fring Scanning Interferometry）が知られている。
この方法は測定中に参照光の光路長を変化させ相対的に
基準位相の異なる干渉縞をコンピュータに読込み、参照
用の基準位相を基に位相分布を算出するものである。こ
の方法によれば、1/100波長程度の精度が可能となる。
（Fring Scanning Interferometry）が知られている。
この方法は測定中に参照光の光路長を変化させ相対的に
基準位相の異なる干渉縞をコンピュータに読込み、参照
用の基準位相を基に位相分布を算出するものである。こ
の方法によれば、1/100波長程度の精度が可能となる。
しかしながら、この精度も干渉計自体の精度誤差がそ
れ以下でなければ意味が薄れる。
れ以下でなければ意味が薄れる。
［発明の課題］ 本発明の目的は上記従来技術の欠点に鑑み、干渉計の
参照平面と試料吸着基準面の位置関係、試料吸着基準平
面および干渉計の精度の影響を受けることなく、試料吸
着基準平面に対する試料表面の凹凸量を精度良く簡単に
測定できる装置と方法を提供することにある。
参照平面と試料吸着基準面の位置関係、試料吸着基準平
面および干渉計の精度の影響を受けることなく、試料吸
着基準平面に対する試料表面の凹凸量を精度良く簡単に
測定できる装置と方法を提供することにある。
［発明の構成］ 上記目的を達成するために、本発明は高精度に平面研
磨され測定試料より大きい面積の基準平面を有する試料
吸着手段と、試料吸着時には試料表面及び少なくとも試
料外周の基準平面の一部に，更には試料を載置していな
い時には試料載置時の試料裏面及び前記試料の外周相当
部の基準平面に干渉縞を形成する手段と、干渉縞を検出
する干渉縞検出手段と、検出された各干渉縞情報に基づ
き被測定面の形状を算出する干渉縞解析手段と、両者に
共通する基準平面情報から両者の位置関係を検出する手
段と、前記の試料表面の表面形状から試料裏面の基準平
面の微細形状の差を演算する手段とを有することを特徴
としている。
磨され測定試料より大きい面積の基準平面を有する試料
吸着手段と、試料吸着時には試料表面及び少なくとも試
料外周の基準平面の一部に，更には試料を載置していな
い時には試料載置時の試料裏面及び前記試料の外周相当
部の基準平面に干渉縞を形成する手段と、干渉縞を検出
する干渉縞検出手段と、検出された各干渉縞情報に基づ
き被測定面の形状を算出する干渉縞解析手段と、両者に
共通する基準平面情報から両者の位置関係を検出する手
段と、前記の試料表面の表面形状から試料裏面の基準平
面の微細形状の差を演算する手段とを有することを特徴
としている。
また、測定試料より大きい面積の基準平面を有する試
料吸着手段の基準平面上に干渉縞を形成するステップ
と、該干渉縞を検出するステップと、検出した干渉縞よ
り基準平面の形状を解析し記憶するステップと、試料吸
着手段に試料を吸着するステップと、試料表面及び基準
平面上に干渉縞を形成するステップと、該干渉縞を検出
するステップと、検出した干渉縞より試料表面及び基準
平面の形状を解析し記憶するステップと、両者に共通す
る基準平面の形状から両者の位置関係を検出するステッ
プと、平面の微細形状の差を演算するステップからなる
ことを特徴としている。
料吸着手段の基準平面上に干渉縞を形成するステップ
と、該干渉縞を検出するステップと、検出した干渉縞よ
り基準平面の形状を解析し記憶するステップと、試料吸
着手段に試料を吸着するステップと、試料表面及び基準
平面上に干渉縞を形成するステップと、該干渉縞を検出
するステップと、検出した干渉縞より試料表面及び基準
平面の形状を解析し記憶するステップと、両者に共通す
る基準平面の形状から両者の位置関係を検出するステッ
プと、平面の微細形状の差を演算するステップからなる
ことを特徴としている。
本発明の原理的な説明を行う。
第２図は試料吸着台の断面形状が示されており、その
表面はやや凸状になっている。試料吸着台はもともと高
精度に仕上げられているので、試料吸着した時にその基
準平面の精度が問題となるのは極めて微細な平面誤差で
ある。
表面はやや凸状になっている。試料吸着台はもともと高
精度に仕上げられているので、試料吸着した時にその基
準平面の精度が問題となるのは極めて微細な平面誤差で
ある。
そこでまず、試料を基準平面に吸着しない状態（第２
図）で基準平面２′の表面形状の測定を行い、次に試料
を吸着した状態（第３図）で試料表面及び基準平面の表
面形状の測定を行う。その後、両者の共通部分の表面形
状に基づき、これを重ね合せ、試料表面と基準平面の差
ａを得ることができる（第４図参照）。この値は従来装
置による測定値ｂに対して、第５図に示すように試料を
完全平面に吸着した場合の凹凸量Ｃ（第５図）に、より
近似した値である。
図）で基準平面２′の表面形状の測定を行い、次に試料
を吸着した状態（第３図）で試料表面及び基準平面の表
面形状の測定を行う。その後、両者の共通部分の表面形
状に基づき、これを重ね合せ、試料表面と基準平面の差
ａを得ることができる（第４図参照）。この値は従来装
置による測定値ｂに対して、第５図に示すように試料を
完全平面に吸着した場合の凹凸量Ｃ（第５図）に、より
近似した値である。
［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明を斜入射干渉計に応用した場合の一光
学系の基本配置図である。
学系の基本配置図である。
１は試料で具体的にはウェーハである。２は試料１よ
り大きい面積の基準平面２′を有する試料吸着台、３は
ピエゾ素子で参照平面７′と被測定面との距離を変え参
照光の位相を変化させる。
り大きい面積の基準平面２′を有する試料吸着台、３は
ピエゾ素子で参照平面７′と被測定面との距離を変え参
照光の位相を変化させる。
４〜８は斜入射干渉法による干渉縞を形成する光学系
である。
である。
４は参照光の光源で、He-Neレーザ装置を用いてい
る。光源４から射出された光束はイクスパンダ５によっ
て必要な大きさの光束に拡げられ、前側焦点位置にイク
スパンダ５がくるように配置されたコリメータレンズ６
により平行光束となる。
る。光源４から射出された光束はイクスパンダ５によっ
て必要な大きさの光束に拡げられ、前側焦点位置にイク
スパンダ５がくるように配置されたコリメータレンズ６
により平行光束となる。
７は被測定試料表面及び基準平面２′の干渉縞を発生
させる参照平面７′を有するプリズムであり、８は干渉
縞像が形成されるスクリーンである。
させる参照平面７′を有するプリズムであり、８は干渉
縞像が形成されるスクリーンである。
スクリーン８上の干渉縞はレンズ９を介しテレビカメ
ラ10撮像面上に結像される。なお、本実施例では干渉縞
をスクリーン８に一旦投影し、スクリーン像をテレビカ
メラにより撮像するという方法を用いているが、スクリ
ーン８を取り除き空中像を直接テレビカメラにより撮影
する方法でもよい。
ラ10撮像面上に結像される。なお、本実施例では干渉縞
をスクリーン８に一旦投影し、スクリーン像をテレビカ
メラにより撮像するという方法を用いているが、スクリ
ーン８を取り除き空中像を直接テレビカメラにより撮影
する方法でもよい。
11は演算処理部で、テレビカメラを介し画像データを
取り組み、処理して被測定面の解析を行う。
取り組み、処理して被測定面の解析を行う。
12はテレビカメラで撮影した像や解析結果を表示する
モニタである。また、13は印字手段である。
モニタである。また、13は印字手段である。
以上のような実施例において、以下その動作を説明す
る。
る。
試料吸着台２をその基準平面２′上に試料１を載せず
に、所定の測定位置に移動する。
に、所定の測定位置に移動する。
光源４から出射されたレーザ光はイクスパンダ５によ
り光束を拡げられ、コリメータレンズ５により平行光束
となり、プリズム７に入射する。プリズム７に入射した
光の一部はその参照平面を透過して、試料吸着台２の基
準平面２′で反射し、再度プリズム７を通り、スクリー
ン８に向かう。プリズム７に入射したその他の光はその
参照平面で反射してスクリーン８に向かい、基準平面
２′で反射した光と干渉現象を引き起こし、スクリーン
８に投影される。スクリーン８に投影された干渉縞をレ
ンズ９を介し、テレビカメラ10の撮像面に結像させ、映
像信号として取り出す。その映像信号を演算処理部11に
送り、解析し記憶する。この場合、振動や空気の揺ぎ等
の影響を廃除するために、異常な値をキャンセルしたり
平均化する等公知の処理方法を併用することは一層信頼
度を高めることになる。
り光束を拡げられ、コリメータレンズ５により平行光束
となり、プリズム７に入射する。プリズム７に入射した
光の一部はその参照平面を透過して、試料吸着台２の基
準平面２′で反射し、再度プリズム７を通り、スクリー
ン８に向かう。プリズム７に入射したその他の光はその
参照平面で反射してスクリーン８に向かい、基準平面
２′で反射した光と干渉現象を引き起こし、スクリーン
８に投影される。スクリーン８に投影された干渉縞をレ
ンズ９を介し、テレビカメラ10の撮像面に結像させ、映
像信号として取り出す。その映像信号を演算処理部11に
送り、解析し記憶する。この場合、振動や空気の揺ぎ等
の影響を廃除するために、異常な値をキャンセルしたり
平均化する等公知の処理方法を併用することは一層信頼
度を高めることになる。
なお、本実施例では、ピエゾ素子３に電圧を印加し参
照面の位相を変化させ、複数の映像データを得ることに
より、高精度の干渉縞計測を行っているが、これ自体は
多くの文献に示されているものなので、その説明は省略
する（例えば、Appl.Opt,.13,P2693）。
照面の位相を変化させ、複数の映像データを得ることに
より、高精度の干渉縞計測を行っているが、これ自体は
多くの文献に示されているものなので、その説明は省略
する（例えば、Appl.Opt,.13,P2693）。
その後、試料吸着台２は試料受渡位置まで図示なき駆
動手段にて移動し、試料吸着台の基準平面２′上に試料
１を載せ、真空強制吸着した後、再度測定位置に移動す
る。移動後、同様にして干渉縞を解析して基準平面２′
及び試料表面の凹凸情報を得る。
動手段にて移動し、試料吸着台の基準平面２′上に試料
１を載せ、真空強制吸着した後、再度測定位置に移動す
る。移動後、同様にして干渉縞を解析して基準平面２′
及び試料表面の凹凸情報を得る。
このようにして得られた２種類の情報に共通する基準
平面の情報に基づいて、情報の位置合わせを行い、両者
の差をとることにより、試料表面の凹凸量を得る。
平面の情報に基づいて、情報の位置合わせを行い、両者
の差をとることにより、試料表面の凹凸量を得る。
この結果はモニタ12に表示され、印字手段13に印字さ
れる。
れる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、試料吸着基準
平面の平面測定を行った後に、基準面に吸着された試料
表面の凹凸測定を行い、試料の表面形状から吸着基準面
の形状を除去するため、吸着基準平面の微細な平面誤差
の影響を受けることなく、精度の高い測定を行うことが
できる。
平面の平面測定を行った後に、基準面に吸着された試料
表面の凹凸測定を行い、試料の表面形状から吸着基準面
の形状を除去するため、吸着基準平面の微細な平面誤差
の影響を受けることなく、精度の高い測定を行うことが
できる。
同様にして、干渉計固有の誤差も除去されることにな
る。
る。
また、装置を使用する環境の温度変化による装置の熱
変形や長年の使用による吸着基準平面の摩耗の影響も受
けることなく、精度の高い測定を安定的に行うことがで
きる。
変形や長年の使用による吸着基準平面の摩耗の影響も受
けることなく、精度の高い測定を安定的に行うことがで
きる。
更に、試料より大きい面積の試料基準平面を使用し試
料外周部の測定結果を得ることにより、干渉計の参照基
準面に対する試料基準面の正確な傾斜量が解るので、測
定の都度高精度の平面合せをする必要が無くなる。
料外周部の測定結果を得ることにより、干渉計の参照基
準面に対する試料基準面の正確な傾斜量が解るので、測
定の都度高精度の平面合せをする必要が無くなる。
第１図は本発明を斜入射干渉計に応用した場合の光学系
の一基本配置図、第２図乃至第５図は本発明の原理を説
明する図で、第２図は試料を吸着しない状態の基準平
面，第３図は試料を吸着した状態，第４図は第２図と第
３図を重ね合せた状態をそれぞれ示し、第５図は試料を
完全平面に吸着した場合の凹凸量を説明するものであ
る。 １……試料、２……試料吸着台 ２′……基準平面、３……ピエゾ素子 ４……He-Heレーザ ７……プリズム、７′……参照平面
の一基本配置図、第２図乃至第５図は本発明の原理を説
明する図で、第２図は試料を吸着しない状態の基準平
面，第３図は試料を吸着した状態，第４図は第２図と第
３図を重ね合せた状態をそれぞれ示し、第５図は試料を
完全平面に吸着した場合の凹凸量を説明するものであ
る。 １……試料、２……試料吸着台 ２′……基準平面、３……ピエゾ素子 ４……He-Heレーザ ７……プリズム、７′……参照平面
Claims (5)
- 【請求項１】高精度に平面研磨され測定試料より大きい
面積の基準平面を有する試料吸着手段と、 試料吸着時には試料表面及び少なくとも試料外周の基準
平面の一部に、更には試料を載置していない時には試料
載置時の試料裏面及び前記試料の外周相当部の基準平面
に干渉縞を形成する手段と、 干渉縞を検出する干渉縞検出手段と、 検出された各干渉縞情報に基づき被測定面の形状を算出
する干渉縞解析手段と、 両者に共通する基準平面情報から両者の位置関係を検出
する手段と、 前記の試料表面の表面形状から試料裏面の基準平面の微
細形状の差を演算する手段とを有することを特徴とする
試料形状測定装置。 - 【請求項２】第１項の干渉縞を検出する干渉縞検出手段
とは二次元イメージセンサであることを特徴とする試料
形状測定装置。 - 【請求項３】第１項の干渉縞解析手段とは縞走査干渉法
に基づくものであることを特徴とする試料形状測定装
置。 - 【請求項４】測定試料より大きい面積の基準平面を有す
る試料吸着手段の基準平面上に干渉縞を形成するステッ
プと、 該干渉縞を検出するステップと、 検出した干渉縞より基準平面の形状を解析し記憶するス
テップと、 試料吸着手段に試料を吸着するステップと、 試料表面及び基準平面上に干渉縞を形成するステップ
と、 該干渉縞を検出するステップと、 検出した干渉縞より試料表面及び基準平面の形状を解析
し記憶するステップと、 両者に共通する基準平面の形状から両者の位置関係を検
出するステップと、 前記の試料表面の表面形状から試料裏面の基準平面の微
細形状の差を演算するステップからなることを特徴とす
る試料形状測定方法。 - 【請求項５】第４項の干渉縞より形状を解析するステッ
プとは縞走査干渉法に基づくものであることを特徴とす
る試料形状測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23994588A JP2631003B2 (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | 試料形状測定装置及びその測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23994588A JP2631003B2 (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | 試料形状測定装置及びその測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0287006A JPH0287006A (ja) | 1990-03-27 |
| JP2631003B2 true JP2631003B2 (ja) | 1997-07-16 |
Family
ID=17052161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23994588A Expired - Fee Related JP2631003B2 (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | 試料形状測定装置及びその測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2631003B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4063639B2 (ja) | 2002-10-25 | 2008-03-19 | 株式会社ニデック | 表面検査装置 |
| JP2006275883A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Mitsutoyo Corp | 寸法測定方法および両端面干渉計 |
-
1988
- 1988-09-26 JP JP23994588A patent/JP2631003B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0287006A (ja) | 1990-03-27 |
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Legal Events
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