JP3602966B2 - Substrate measuring device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェハや、液晶パネル用のガラス基板、半導体製造用のフォトマスク基板等の基板に関して、基板表面の平坦度によって測定位置を決定し、その測定位置において所定の測定を行う技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、半導体基板上に種々の処理が施される。基板にはパターンや窪み、溝などが形成され、その表面に凹凸が生じる場合がある。基板の凹凸に関係する測定を行う場合には、基板上の凹凸部分を含む領域と凹凸部分を含まない平坦な領域とを区別して測定を行う必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
基板の凹凸に関する測定を行う際には、従来は、画像処理装置によって凹凸部分を含む領域と凹凸部分を含まない平坦な領域とを区別していた。
【0004】
しかし、このような画像処理装置は、測定装置のコストアップにつながるという問題があった。
【0005】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、複雑な画像処理を行わずに、凹凸部分を含む領域と凹凸部分を含まない平坦な領域とを区別して認識し、これに基づいて測定位置を決定するとともに、その測定位置において所定の測定を行うことができる技術を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、表面に凹凸を有する基板に対して所定の測定を行う基板計測装置であって、前記基板上の第1の測定位置において、前記第1の測定位置の近傍領域の平坦度に関係する測定値が得られる第1の測定を行う第1の測定部と、前記第1の測定位置における前記測定値に応じて得られる平坦度の指標値が所定の範囲内の値となるときに、前記第1の測定位置を第2の測定に適した第2の測定位置として決定する測定位置決定部と、前記第2の測定位置において前記第2の測定を行う第2の測定部と、を備えることを特徴とする。
【0007】
第1の測定部は、第1の測定位置の近傍領域において基板の平坦度に関係する測定値を測定し、測定位置決定部はその測定値から平坦度の指標値を求める。この指標値から、第1の測定位置の近傍領域内に凹凸部分がどの程度含まれるかを知ることができる。これにより、凹凸部分を含む領域と凹凸部分を含まない平坦な領域とを区別することができるので、第2の測定位置を平坦度の指標値に基づいて容易に決定し、所定の測定を行うことが可能となる。
【0008】
上記基板計測装置において、前記第2の測定位置の近傍領域は、凹凸を含む領域であり、前記第2の測定部において行われる前記第2の測定は、前記凹凸に関する測定であるようにしてもよい。
【0009】
また、上記基板計測装置において、前記第1の測定部は、前記第1の測定位置に第1の光スポットを照射し、前記第1の光スポットからの反射光を前記第1の測定位置の近傍領域の平坦度に関係する前記測定値として得ることが好ましい。
【0010】
第1の光スポットからの反射光は、第1の測定位置の近傍領域内の基板の平坦度に関係する。すなわち、第1の測定位置の近傍領域に凹凸部分を含む場合には、凹凸部分による乱反射などにより、凹凸部分を含まない平坦な場合の反射光とは異なるものとなる。したがって、反射光を測定することにより、第1の測定位置の近傍領域内の基板の平坦度を知ることができる。
【0011】
上記基板計測装置において、前記第1の測定部は、前記基板上に形成された薄膜の膜厚値に関する測定を行う膜厚測定部であり、前記測定位置決定部は、前記薄膜の膜厚値から予測される反射光のスペクトルの予測値と前記測定値との一致度を前記指標値として求め、前記指標値が所定の閾値以下となるときに前記第1の測定位置を前記第2の測定位置として決定するようにしてもよい。
【0012】
第1の測定部として膜厚測定部を用いれば、基板上に形成された薄膜の膜厚値から、基板が平坦である場合の反射光スペクトルを予測することができる。したがって、反射光スペクトルの予測値と測定値との一致度を平坦度の指標値として求めれば、その指標値が所定の閾値以下となる場合に、第1の測定位置を第2の測定位置として決定することができる。
【0013】
また、上記基板計測装置において、前記測定位置決定部は、前記薄膜の複数の異なる膜厚値から予測される反射光のスペクトルの複数の前記予測値を予め準備し、複数の前記予測値と前記測定値との一致度の最大値を前記指標値として求めることが好ましい。
【0014】
薄膜の膜厚値が既知でない場合でも、膜厚値の取りうる範囲が予想できれば、その範囲の膜厚値に応じて複数の予測値を準備することができる。したがって、薄膜の膜厚値が既知でない場合でも、複数の予測値と測定値との一致度の最大値を指標値とすることによって、第1の測定位置の近傍領域内の基板の平坦度を知ることができる。
【0015】
上記基板計測装置において、前記第2の測定部は、前記第2の測定位置に第2の光スポットを照射し、前記第2の光スポットからの反射光を分析することによって前記第2の測定を実行する測定部であり、前記第2の光スポットは、前記第1の光スポットよりも小さくすることが好ましい。
【0016】
こうすれば、第2の光スポットは、第1の光スポットに含まれるため、第2の測定部による測定を精度良く行うことが可能となる。
【0017】
【発明の他の態様】
この発明は、以下のような他の態様も含んでいる。第1の態様は、表面に凹凸を有する基板に対して所定の測定を行う基板計測方法であって、
(a)前記基板上の第1の測定位置において、前記第1の測定位置の近傍領域の平坦度に関係する測定値が得られる第1の測定を行う工程と、
(b)前記第1の測定位置における前記測定値に応じて得られる平坦度の指標値が所定の範囲内の値となるときに、前記第1の測定位置を第2の測定に適した第2の測定位置として決定する工程と、
(c)前記第2の測定位置において前記第2の測定を行う工程と、
を備えることを特徴とする。
【0018】
第2の態様は、上記の発明の各工程または各部の機能をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【0019】
第3の態様は、コンピュータに上記の発明の各工程または各部の機能を実現させるコンピュータプログラムを通信経路を介して供給するプログラム供給装置としての態様である。こうした態様では、プログラムをネットワーク上のサーバなどに置き、通信経路を介して、必要なプログラムをコンピュータにダウンロードし、これを実行することで、上記の方法や装置を実現することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
A.第1実施例:
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施例としての基板計測装置の構成を示す説明図である。この基板計測装置には、測定対象となる半導体ウェハWを収納する収納容器10と、ウェハW上に形成された薄膜(絶縁膜)の膜厚を測定する機能を有する膜厚測定部100と、ウェハWに入射した光のラマン効果による散乱光を測定する機能を有するラマン分光測定部200とが備えられている。なお、本実施例における膜厚測定部100が本発明の第1の測定部に相当し、ラマン分光測定部200が本発明の第2の測定部に相当する。
【0021】
収納容器10は、その底部に水平面内で移動可能なステージ12を備えている。ウェハWは、ステージ12上に載置される。また、収納容器10の上面の中央付近には、透光性のガラス板14がはめ込まれている。ステージ12を水平面内で移動させることにより、ウェハW上の任意の位置をガラス板14の下方に移動させることができる。
【0022】
収納容器10の上には、2つの支持柱50,60が立設されている。支持柱50には、後述する膜厚測定部100の光出射器150が第1の調整ステージ52とブラケット54とを介して取り付けられている。他の支持柱60には、後述するラマン分光測定部200の光出射器250が第2の調整ステージ62とブラケット64とを介して取り付けられている。また、支持柱60には、2つの光出射器150,250から射出された光束をウェハWへ導くためのハーフミラー20と集光レンズ22とが取り付けられている。なお、ハーフミラー20は、ブラケット66を介して支持柱60に取り付けられており、集光レンズ22は、第3の調整ステージ68とブラケット70とを介して支持柱60に取り付けられている。
【0023】
第1の調整ステージ52は、光出射器150をブラケット54と共に水平方向に移動させることができる。同様に、第2および第3の調整ステージ62,68は、それぞれ光出射器250、集光レンズ22を上下方向に移動させることができる。したがって、これらの調整ステージ52,62,68によって、光出射器150,250と、集光レンズ22と、ウェハWとの位置関係をうまく調整することができる。
【0024】
膜厚測定部100は、信号処理部110と、光源部132と、分光器134と、光ファイバ141,142と、光出射器150とを備えている。この膜厚測定部100は、ウェハWの基板上に形成された絶縁膜の膜厚を測定する機能を有するとともに、その膜厚測定の機能を利用することによりウェハW表面の平坦度を示す指標値を決定する機能を有している。
【0025】
光源部132から射出された入射光束は、第1の光ファイバ141を介して光出射器150に導かれる。光出射器150は、入射光束を適切な角度で発散させつつハーフミラー20に向けて射出する。入射光束は、ハーフミラー20で反射された後、集光レンズ22とガラス板14とを通過してウェハWにほぼ垂直に入射する。ウェハWで反射された反射光束は、ガラス板14と集光レンズ22とを通過して、ハーフミラー20で反射された後、光出射器150に戻る。光出射器150に入射した反射光束は、第2の光ファイバ142を介して分光器134に導かれる。
【0026】
図2は、光出射器150内における光ファイバの先端部の構成を示す説明図である。図2に示すように、光ファイバの先端部では、第1と第2のファイバ141,142の分布がほぼ均一になるように円形にまとめられている。このような構成により、光出射器150の先端部から入射光束を射出できるとともに、反射光束を入射させることができる。なお、ウェハW上には、第1の光ファイバ141から射出される入射光束の像が形成されるので、ウェハW上に形成される光スポットはほぼ円形となる。
【0027】
信号処理部110(図1)は、図示しないメインメモリとCPUと入力装置と表示装置とを備えたコンピュータであり、そのメインメモリには、スペクトル分析部120としての機能を実現するためのコンピュータプログラムが格納されている。信号処理部110には、ウェハWによって反射される光のスペクトルの予測値Icを格納するハードディスク装置122が電気的に接続されている。スペクトル分析部120は、反射光スペクトルの予測値Icと、分光器134で測定された反射光束のスペクトルの測定値とを解析して、予測値Icと測定値との一致度から膜厚を決定することができる。本実施例においては、後述するように、この一致度をウェハWの平坦度の指標値として利用し、ラマン分光測定部200における測定位置を決定する。この説明から分かるように、スペクトル分析部120が本発明における測定位置決定部に相当する。
【0028】
さらに、信号処理部110には、収納容器10内のステージ12や、3つの調整ステージ52,62,68を駆動するための駆動系コントロール部36が電気的に接続されている。したがって、駆動系コントロール部36によってステージ12や3つの調整ステージ52,62,68を制御することにより、ウェハW上の測定位置を決定することができるとともに、測定系の光学的アライメントを調整することができる。
【0029】
ラマン分光測定部200は、光源部232と、ラマン分光計234と、光ファイバ241,242と、光出射器250とを備えている。ラマン分光測定部200は、周知のラマン分光法を実現する機能を有しており、この測定により結晶の歪みによる応力等を測定することができる。なお、本実施例においては、ラマン分光測定部200は、ウェハW上に存在する凹凸部分を測定対象領域としている。この測定対象領域の位置は、前述のように、スペクトル分析部120によって求められるウェハW上の平坦度の指標値に基づいて決定される。
【0030】
光出射器250から射出された入射光束は、ハーフミラー20を通過した後、集光レンズ22とガラス板14とを通過してウェハWに到達する。ウェハWで反射された反射光束は、ガラス板14と集光レンズ22とハーフミラー20とを通過して光出射器150に戻る。光出射器250に入射した反射光束は、光ファイバ242を介してラマン分光計234に導かれ、ラマン分光測定が行われる。なお、光出射器250内における光ファイバ241,242の先端部は、図2と同様に構成されている。したがって、第1のファイバ241から射出される入射光束によってウェハW上に形成される光スポットもほぼ円形となる。
【0031】
なお、上述のスペクトル分析部120の機能を実現するコンピュータプログラムは、フレキシブルディスクやCD−ROM等の、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で提供される。コンピュータは、その記録媒体からコンピュータプログラムを読み取って内部記憶装置または外部記憶装置に転送する。あるいは、通信経路を介してコンピュータにコンピュータプログラムを供給するようにしてもよい。コンピュータプログラムの機能を実現する時には、内部記憶装置に格納されたコンピュータプログラムがコンピュータのマイクロプロセッサによって実行される。また、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュータが読み取って直接実行するようにしてもよい。
【0032】
この明細書において、コンピュータとは、ハードウェア装置とオペレーションシステムとを含む概念であり、オペレーションシステムの制御の下で動作するハードウェア装置を意味している。また、オペレーションシステムが不要でアプリケーションプログラム単独でハードウェア装置を動作させるような場合には、そのハードウェア装置自体がコンピュータに相当する。ハードウェア装置は、CPU等のマイクロプロセッサと、記録媒体に記録されたコンピュータプログラムを読み取るための手段とを少なくとも備えている。コンピュータプログラムは、このようなコンピュータに、上述の各手段の機能を実現させるプログラムコードを含んでいる。なお、上述の機能の一部は、アプリケーションプログラムでなく、オペレーションシステムによって実現されていても良い。
【0033】
なお、この発明における「記録媒体」としては、フレキシブルディスクやCD−ROM、光磁気ディスク、ICカード、ROMカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置(RAMやROMなどのメモリ)および外部記憶装置等の、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。
【0034】
図3は、本実施例の基板計測装置の処理手順を示すフローチャートである。ステップS101においては、膜厚測定部100の光出射器150から射出された入射光束の光スポットをウェハW上の第1の測定位置に位置決めする。なお、光スポットの位置決めは、駆動系コントロール部36がステージ12を制御することによって行われる。
【0035】
図4は、測定対象となる半導体ウェハWを示す説明図である。ウェハW上には、多数のチップCPが形成されており、スクライブラインSLによって区分されている。各チップCPには所定の回路パターンが形成されている。
【0036】
図5は、図4の破線で囲まれた領域を拡大して示す説明図である。図に示すように、チップCPは、表面にパターンや窪みなどの凹凸を有する凹凸部UAを含んでいる。各チップCP上の凹凸部UA以外の他の領域は、凹凸のない平坦な領域である。なお、本実施例においては、凹凸部UAを含む領域が後述するステップS105におけるラマン分光測定の測定対象領域となる。
【0037】
ステップS102では、ステップS101において位置決めされた光スポットからの反射光のスペクトルを測定する。すなわち、この光スポットが膜厚測定部100の測定領域となる。
【0038】
ステップS103では、ステップS102において測定された反射光スペクトルの測定値と、反射光スペクトルの予測値Icとの一致度(GOF値)を求める。なお、反射光スペクトルの予測値Icは、基板の物性値(光学定数)と、薄膜の厚みおよび物性値(光学定数)とに基づいて決定される。本実施例においては、複数の膜厚値に応じた複数の予測値Icが予め準備されている。複数の膜厚値の範囲は、絶縁膜の膜厚値が取りうる範囲を少なくとも含むように設定され、また、膜厚値の差分は十分な測定精度が得られる程度に決定される。なお、絶縁膜の膜厚値が取りうる範囲は、通常、絶縁膜の成膜条件などから容易に推定することができる。
【0039】
絶縁膜の膜厚は、反射光スペクトルの測定値と反射光スペクトルの予測値Icとの一致度から決定することができる。すなわち、予測値Icと測定値との一致度が十分大きいときには、その予測値Icを計算する基礎となった膜厚値が絶縁膜の膜厚として決定される。
【0040】
本実施例では、上記の一致度は、ウェハWの平坦度の指標値として利用される。すなわち、光スポット内の領域に凹凸部分が存在する場合には、ウェハWに入射した光は凹凸部分によって乱反射されるので、反射光スペクトルの測定値は、光スポット内の領域に凹凸部分を含まない場合に予測される反射光スペクトルの予測値Icとは異なった値となる。したがって、反射光スペクトルの予測値Icと測定値との一致度から、光スポット内の領域の平坦度を知ることが可能である。
【0041】
図6は、測定領域M1と凹凸部UAとの位置関係、および、その位置関係での反射光スペクトルの測定値Imを示す説明図である。図6(A−1),(B−1),(C−1)に示すように、測定領域M1(光スポット)は、ほぼ円形の形状を有している。
【0042】
図6(A−1)は、測定領域M1内に凹凸部UAを全く含まない場合を示している。図6(A−2)は、図6(A−1)の状態で測定領域M1から反射された光の反射光スペクトルの測定値Imと、複数の予測値Icのうち測定値Imと最も一致する予測値Icとを示している。なお、この予測値Icは、絶縁膜(SiN膜)の膜厚値を「214.5nm」と仮定したときの値である。このように、ウェハWの平坦な部分のみ含む領域を測定領域M1として反射光スペクトルを測定した場合には、測定値Imとほぼ一致する予測値Icを得ることができる。
【0043】
反射光スペクトルの予測値Icと測定値Imとの一致度(GOF値)は、以下の式(1)によって求められる。
【0044】
【数1】

Figure 0003602966
【0045】
ここで、反射光スペクトルの予測値Ic(k)と測定値Im(k)は、それぞれN個の離散的な波長値に関して得られているものと仮定している。なお、一致度の計算式としては、式(1)以外の計算式を用いることも可能である。
【0046】
測定領域M1と凹凸部UAとが図6(A−1)に示す位置関係を有する場合には、図6(A−2)に示すようにGOF値の最大値GOFmaxは「960」となる。なお、このように高いGOF値(1000に近い値)が得られたときには、絶縁膜の膜厚値を「214.5nm」に等しいと決定することができる。
【0047】
図6(B−1)は、測定領域M1のほぼ50%の領域に凹凸部UAを含む場合を示している。図6(B−2)は、図6(B−1)の状態での反射光スペクトルの測定値Imと、複数の予測値Icのうち測定値Imと最も一致する予測値Icとを示している。なお、この予測値Icは、絶縁膜の膜厚値を「196.5nm」と仮定したときの値である。図6(B−2)に示すように、ウェハWの凹凸部UAを含む領域を測定領域M1として反射光スペクトルを測定した場合には、反射光スペクトルの予測値Icと測定値Imとはあまり一致しない。このときGOF値の最大値GOFmaxは「790」となっている。
【0048】
図6(C−1)は、測定領域M1内に凹凸部UAのみを含む場合を示している。図6(C−2)は、図6(C−1)の状態での反射光スペクトルの測定値Imと、複数の予測値Icのうち測定値Imと最も一致する予測値Icとを示している。なお、この予測値Icは、絶縁膜の膜厚値を「192.5nm」と仮定したときの値である。図6(C−2)に示すように、測定領域M1内において凹凸部UAを含む領域が増加すると、反射光スペクトルの予測値Icと測定値Imとはかなりずれる。このときGOF値の最大値GOFmaxはさらに小さくなり、「740」となっている。
【0049】
上記のように、反射光スペクトルの複数の予測値Icと測定値ImとのGOF値の最大値GOFmaxは、測定領域M1内に含まれる凹凸部UAの面積によって変化する。すなわち、測定領域M1内に凹凸部UAを多く含む場合には最大値GOFmaxは小さくなり、凹凸部UAをあまり含まない場合には最大値GOFmaxは大きくなる。したがって、GOF値の最大値GOFmaxをウェハの平坦度の指標値として用いれば、測定領域M1に含まれる凹凸部UAの領域を見積もることができる。
【0050】
ステップS104(図3)では、ステップS103で求められたGOF値の最大値GOFmaxが所定の閾値以下となるか否かを判断する。本実施例においては、GOF値の最大値GOFmaxが「760」以下である場合には、膜厚測定部100の測定対象領域となった測定領域M1の位置を、ラマン分光測定の測定領域M2の位置として決定する。なお、本実施例においては、最大値GOFmaxが「760」以下となる場合には、測定領域M1内に凹凸部UAをほぼ80%以上含んでいる。一方、GOF値の最大値GOFmaxが「760」を超える場合には、測定領域M1には、凹凸部UAをあまり含まないので、その測定領域M1はラマン分光測定の測定領域として不適当と判断される。この場合には、ステップS101に戻って、次の測定領域M1’に光スポットを位置決めして再度、一致度を調べる。このようにステップS101〜S104までの処理を繰り返し行い、GOF値の最大値GOFmaxが所定の閾値以下となる測定位置を決定する。
【0051】
なお、次の測定領域M1’の位置は、測定領域M1において得られたGOF値の最大値GOFmaxに基づいて決定することが好ましい。例えば、得られたGOF値の最大値GOFmaxから図6(A−1)に示すような状態が予想される場合には、測定領域M1から光スポットの直径程度離れたところに次の測定領域M1’を位置決めする。また、図6(B−1)に示すような状態が予想される場合には、光スポットの半径程度離れたところに次の測定領域M1’を位置決めする。このようにすれば、GOF値の最大値GOFmaxが所定の閾値以下となる測定領域を早く決定することができる。
【0052】
ステップS105では、ステップS104で決定されたGOF値の最大値GOFmaxが所定の閾値以下となる測定位置において、ラマン分光測定を行う。図7は、ラマン分光測定の測定領域M2(光スポット)と膜厚測定の測定領域M1(光スポット)との関係を示す説明図である。図7中、実線で示された領域は、GOF値の最大値がほぼ「760」となる場合の第1の測定領域M1を示している。また、破線で示されたラマン分光測定の第2の測定領域M2は、第1の測定領域M1とほぼ同じ大きさの領域で設定されている。こうすれば、凹凸部UAを多く含む測定領域M2をラマン分光測定の測定対象領域とすることができる。
【0053】
図8は、ラマン分光測定の測定領域M2と膜厚測定の測定領域M1との他の関係を示す説明図である。図8中、実線で示された領域は、GOF値の最大値がほぼ「760」となる場合の測定領域M1であり、図7に示す測定領域M1と同じである。一方、破線で示されたラマン分光測定の測定領域M2は、測定領域M1より小さく設定されている。このとき、測定領域M2内には凹凸部UAのみが含まれる。図8に示すように、第2の測定領域M2を第1の測定領域M1より小さく設定すれば、より確実に第2の測定領域M2を決定できるとともに、精度のよい(S/N比の高い)測定が可能となる。なお、このような第2の測定領域M2の大きさの調整は、図1の光出射器250と集光レンズ22とウェハWとの位置関係を調整することによって行うことができる。
【0054】
B.第2実施例:
図9は、本発明の第2実施例としての基板計測装置の構成を示す説明図である。この基板計測装置は、第1実施例の基板計測装置(図1)とほぼ同様の構成であるため詳細な説明は省略する。
【0055】
本実施例においては、膜厚測定部100の光出射器150とラマン分光測定部200の光出射器250とが平行に並べられており、2つの調整ステージ62,80とブラケット64とを介して支持柱60取り付けられている。2つの光出射器150,250の光出射口は距離Lだけ離れている。この装置では、ラマン分光測定を行う際には、図に示すようにラマン分光測定用の光出射器250からの入射光束が集光レンズ22の中央付近に入射するように設定される。また、膜厚測定を行う際には、膜厚測定用の光出射器150を距離Lだけ左方に移動させて、光出射器150からの入射光束が集光レンズ22の中央付近に入射するように設定される。この光出射器150,250の移動は、調整ステージ80を水平方向に移動させることによって行われる。
【0056】
この装置では、上記のように2つの測定系の交換が行われるので、図1に示すハーフミラー20は備えられていない。このとき、2つの光出射器150,250から出射される入射光束は、ハーフミラーを通過あるいは反射せずにウェハWに到達するため、ハーフミラーを使用した場合に比べ、ウェハWを照射する光の強度を大きくすることが可能である。また、ウェハWからの反射光束もハーフミラーを透過あるいは反射せずにそれぞれの光出射器150,250に戻るので、反射光の強度も大きくすることが可能である。したがって、このような構成を採用すれば、より精度のよい(S/N比の高い)測定を行うことが可能である。
【0057】
以上、説明したように、上記実施例においては、第1の測定部として膜厚測定部100を用いて、ウェハW上の第1の測定領域M1からの反射光スペクトルを測定する。スペクトル分析部120は、反射光スペクトルの予測値と測定値との一致度(GOF値)を求める。この一致度は、第1の測定領域M1が凹凸部分をあまり含まない場合には大きい値を示し、凹凸部分を多く含む場合には小さい値を示す。したがって、この一致度を、第1の測定領域M1の基板の平坦度の指標値として用いれば、第2の測定部の第2の測定領域M2の位置を容易に決定して、所定の測定を行うことが可能となる。
【0058】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0059】
(1)上記実施例においては、ウェハの絶縁膜の膜厚値が未知であるとして、反射光のスペクトルとして複数の膜厚値に応じた複数の予測値Icを準備しているが、膜厚値が既知であれば反射光スペクトルの予測値は1つのみ準備すればよい。この場合には、1つの予測値に対してGOF値を求めればよいので、全体としての処理を早く行うことが可能となる。
【0060】
(2)上記実施例においては、第1の測定部として膜厚測定部100(図1,図9)を用いて反射光のスペクトルを測定しているが、他の測定装置を用いてもよい。第1の測定部としては、第1の測定領域M1内の平坦度に関係する値が得られればよく、例えば、反射率を測定する装置を用いてもよい。すなわち、第1の測定領域M1内に凹凸部分がある場合には、乱反射により反射率が小さくなることが予想されるので、これによっても基板の平坦度を知ることができる。なお、この場合には、測定位置決定部は反射率の大きさによって第2の測定領域M2の位置を決定すればよい。
【0061】
(3)上記実施例においては、第2の測定部としてラマン分光測定部200(図1,図9)を用いているが、他の測定装置を用いてもよい。第2の測定部としては、凹凸部分によって測定領域が制限されるような測定装置を適用することが好ましい。例えば、X線を用いた銅膜配線パターンの膜厚を測定する装置などを適用することが可能である。なお、第2の測定部によって行われる測定が、ウェハの損傷を伴う場合にも、本発明の基板計測装置を適用できる。
【0062】
(4)上記実施例においては、スペクトル分析部120(図1,図9)は、第2の測定部であるラマン分光測定部200の測定領域M2として、GOF値の最大値が所定の閾値以下となる凹凸部分を多く含む領域を決定しているが、GOF値の最大値が所定の閾値以上となる凹凸部分をあまり含まない領域を第2の測定領域M2として決定してもよい。すなわち、本発明の測定位置決定部は、第2の測定部の測定に適合するような条件を設定すればよい。
【0063】
(5)上記実施例では、光スポットを形成するための入射光束がウェハWにほぼ垂直に入射するものとしていたが、本発明は、入射光束がウェハWに対して斜めに入射する場合にも適用可能である。
【0064】
(6)上記実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例としての基板計測装置の構成を示す説明図。
【図2】光出射器150内における光ファイバの先端部の構成を示す説明図。
【図3】本実施例の基板計測装置の処理手順を示すフローチャート。
【図4】測定対象となる半導体ウェハWを示す説明図。
【図5】図4の破線で囲まれた領域を拡大して示す説明図。
【図6】測定領域M1と凹凸部UAとの位置関係、および、その位置関係での反射光スペクトルの測定値Imを示す説明図。
【図7】ラマン分光測定の測定領域M2と膜厚測定の測定領域M1との関係を示す説明図。
【図8】ラマン分光測定の測定領域M2と膜厚測定の測定領域M1との他の関係を示す説明図。
【図9】本発明の第2実施例としての基板計測装置の構成を示す説明図。
【符号の説明】
10…収納容器
12…ステージ
14…ガラス板
20…ハーフミラー
22…集光レンズ
36…駆動系コントロール部
50,60…支持柱
52,62,68…調整ステージ
54,64,66,70…ブラケット
80…調整ステージ
100…膜厚測定部
110…信号処理部
120…スペクトル分析部
122…ハードディスク装置
132…光源部
134…分光器
141,142,241,242…光ファイバ
150,250…光出射器
200…ラマン分光測定部
232…光源部
234…ラマン分光計
CP…チップ
M1,M2…測定領域
SL…スクライブライン
UA…凹凸部
W…半導体ウェハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for determining a measurement position on a substrate such as a semiconductor wafer, a glass substrate for a liquid crystal panel, and a photomask substrate for manufacturing a semiconductor based on flatness of a substrate surface, and performing a predetermined measurement at the measurement position. .
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor device manufacturing process, various processes are performed on a semiconductor substrate. Patterns, depressions, grooves, and the like are formed on the substrate, and irregularities may occur on the surface thereof. When performing a measurement related to the unevenness of the substrate, it is necessary to perform the measurement while distinguishing between a region including the uneven portion on the substrate and a flat region not including the uneven portion.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, when measuring the unevenness of the substrate, the image processing apparatus has distinguished between a region including the uneven portion and a flat region not including the uneven portion.
[0004]
However, such an image processing apparatus has a problem in that the cost of the measuring apparatus is increased.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems in the related art, and does not perform complicated image processing and distinguishes and recognizes a region including an uneven portion and a flat region including no uneven portion. It is another object of the present invention to provide a technique capable of determining a measurement position based on the measurement position and performing a predetermined measurement at the measurement position.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
In order to solve at least a part of the above-described problems, an apparatus of the present invention is a substrate measurement apparatus that performs a predetermined measurement on a substrate having a surface with irregularities, and at a first measurement position on the substrate, A first measurement unit that performs a first measurement for obtaining a measurement value related to flatness of a region near the first measurement position, and a flatness obtained according to the measurement value at the first measurement position A measurement position determining unit that determines the first measurement position as a second measurement position suitable for the second measurement when the index value of the second measurement position is within a predetermined range; A second measurement unit for performing the second measurement.
[0007]
The first measurement unit measures a measurement value related to the flatness of the substrate in a region near the first measurement position, and the measurement position determination unit obtains an index value of the flatness from the measurement value. From this index value, it is possible to know how much the uneven portion is included in the area near the first measurement position. This makes it possible to distinguish between the region including the uneven portion and the flat region not including the uneven portion, so that the second measurement position is easily determined based on the index value of the flatness, and the predetermined measurement is performed. It becomes possible.
[0008]
In the substrate measuring device, the region near the second measurement position may be a region including irregularities, and the second measurement performed in the second measurement unit may be a measurement related to the irregularities. Good.
[0009]
Further, in the substrate measuring device, the first measuring unit irradiates the first measurement position with a first light spot, and reflects reflected light from the first light spot at the first measurement position. It is preferable to obtain the measurement value related to the flatness of the neighboring area.
[0010]
The reflected light from the first light spot is related to the flatness of the substrate in a region near the first measurement position. That is, when an uneven portion is included in the vicinity of the first measurement position, the reflected light differs from a flat reflected light that does not include the uneven portion due to irregular reflection by the uneven portion. Therefore, by measuring the reflected light, the flatness of the substrate in the region near the first measurement position can be known.
[0011]
In the substrate measuring device, the first measuring unit is a film thickness measuring unit that performs measurement related to a film thickness value of a thin film formed on the substrate, and the measurement position determining unit is a film thickness value of the thin film. The degree of coincidence between the predicted value of the spectrum of the reflected light predicted from the measured value and the measured value is obtained as the index value, and when the index value is equal to or less than a predetermined threshold, the first measurement position is determined by the second measurement. The position may be determined.
[0012]
If a film thickness measuring unit is used as the first measuring unit, a reflected light spectrum when the substrate is flat can be predicted from the film thickness value of the thin film formed on the substrate. Therefore, if the degree of coincidence between the predicted value of the reflected light spectrum and the measured value is determined as an index value of the flatness, the first measurement position is determined as the second measurement position when the index value is equal to or less than a predetermined threshold value. Can be determined.
[0013]
Further, in the substrate measuring apparatus, the measurement position determining unit prepares in advance a plurality of predicted values of a spectrum of reflected light predicted from a plurality of different film thickness values of the thin film, and a plurality of the predicted values and the It is preferable to determine the maximum value of the degree of coincidence with the measured value as the index value.
[0014]
Even when the film thickness value of the thin film is not known, if a possible range of the film thickness value can be predicted, a plurality of predicted values can be prepared according to the film thickness value in the range. Therefore, even when the film thickness value of the thin film is not known, the flatness of the substrate in the area near the first measurement position is determined by using the maximum value of the coincidence between the plurality of predicted values and the measured value as the index value. You can know.
[0015]
In the substrate measuring device, the second measurement unit may irradiate the second measurement position with a second light spot and analyze reflected light from the second light spot to perform the second measurement. It is preferable that the second light spot is smaller than the first light spot.
[0016]
With this configuration, since the second light spot is included in the first light spot, the measurement by the second measurement unit can be performed with high accuracy.
[0017]
Other aspects of the invention
The present invention includes other aspects as described below. A first aspect is a substrate measurement method for performing a predetermined measurement on a substrate having an uneven surface,
(A) performing, at a first measurement position on the substrate, a first measurement in which a measurement value related to flatness in a region near the first measurement position is obtained;
(B) when the index value of the flatness obtained in accordance with the measurement value at the first measurement position is a value within a predetermined range, the first measurement position is set to a second position suitable for the second measurement. Determining as a second measurement position;
(C) performing the second measurement at the second measurement position;
It is characterized by having.
[0018]
A second aspect is a computer-readable recording medium in which a computer program for causing a computer to realize the functions of each step or each unit of the above invention is recorded.
[0019]
A third aspect is an aspect as a program supply device that supplies, via a communication path, a computer program that causes a computer to realize the functions of each step or each part of the above-described invention. In such an embodiment, the above method and apparatus can be realized by placing the program on a server or the like on a network, downloading the necessary program to a computer via a communication path, and executing the program.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A. First embodiment:
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a substrate measuring device as a first embodiment of the present invention. The substrate measuring device includes a storage container 10 for storing a semiconductor wafer W to be measured, a film thickness measuring unit 100 having a function of measuring a film thickness of a thin film (insulating film) formed on the wafer W, A Raman spectrometer 200 having a function of measuring scattered light of the light incident on the wafer W due to the Raman effect is provided. Note that the film thickness measuring unit 100 in the present embodiment corresponds to a first measuring unit of the present invention, and the Raman spectroscopic measuring unit 200 corresponds to a second measuring unit of the present invention.
[0021]
The storage container 10 has a stage 12 movable on a horizontal plane at the bottom thereof. The wafer W is placed on the stage 12. In the vicinity of the center of the upper surface of the storage container 10, a translucent glass plate 14 is fitted. By moving the stage 12 in the horizontal plane, any position on the wafer W can be moved below the glass plate 14.
[0022]
On the storage container 10, two support columns 50 and 60 are erected. A light emitting device 150 of the film thickness measuring section 100 described later is attached to the support column 50 via a first adjustment stage 52 and a bracket 54. A light emitting device 250 of the Raman spectrometer 200 described later is attached to the other support column 60 via a second adjustment stage 62 and a bracket 64. The support column 60 is provided with a half mirror 20 and a condenser lens 22 for guiding the light beams emitted from the two light emitting devices 150 and 250 to the wafer W. The half mirror 20 is mounted on the support column 60 via a bracket 66, and the condenser lens 22 is mounted on the support column 60 via a third adjustment stage 68 and a bracket 70.
[0023]
The first adjustment stage 52 can move the light emitter 150 together with the bracket 54 in the horizontal direction. Similarly, the second and third adjustment stages 62 and 68 can move the light emitting device 250 and the condenser lens 22 in the vertical direction, respectively. Therefore, the positional relationship among the light emitters 150 and 250, the condenser lens 22, and the wafer W can be adjusted well by these adjustment stages 52, 62 and 68.
[0024]
The film thickness measuring unit 100 includes a signal processing unit 110, a light source unit 132, a spectroscope 134, optical fibers 141 and 142, and a light emitting unit 150. The film thickness measuring unit 100 has a function of measuring the film thickness of the insulating film formed on the substrate of the wafer W, and uses the function of the film thickness measurement to indicate the flatness of the surface of the wafer W. It has a function to determine the value.
[0025]
The incident light beam emitted from the light source unit 132 is guided to the light emitting device 150 via the first optical fiber 141. The light emitting device 150 emits the incident light beam toward the half mirror 20 while diverging the light beam at an appropriate angle. After being reflected by the half mirror 20, the incident light flux passes through the condenser lens 22 and the glass plate 14 and is incident on the wafer W almost perpendicularly. The light beam reflected by the wafer W passes through the glass plate 14 and the condenser lens 22, is reflected by the half mirror 20, and returns to the light emitting device 150. The reflected light beam incident on the light emitting device 150 is guided to the spectroscope 134 via the second optical fiber 142.
[0026]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the distal end portion of the optical fiber in the light emitting device 150. As shown in FIG. 2, at the tip of the optical fiber, the distribution of the first and second fibers 141 and 142 is grouped into a circle so that the distribution is substantially uniform. With such a configuration, the incident light beam can be emitted from the tip of the light emitting device 150, and the reflected light beam can be made incident. Since an image of the incident light beam emitted from the first optical fiber 141 is formed on the wafer W, the light spot formed on the wafer W has a substantially circular shape.
[0027]
The signal processing unit 110 (FIG. 1) is a computer including a main memory (not shown), a CPU, an input device, and a display device, and a computer program for realizing the function of the spectrum analysis unit 120 in the main memory. Is stored. The signal processing unit 110 is electrically connected to a hard disk device 122 that stores a predicted value Ic of a spectrum of light reflected by the wafer W. The spectrum analyzer 120 analyzes the predicted value Ic of the reflected light spectrum and the measured value of the spectrum of the reflected light flux measured by the spectroscope 134, and determines the film thickness from the degree of coincidence between the predicted value Ic and the measured value. can do. In the present embodiment, as described later, the degree of coincidence is used as an index value of the flatness of the wafer W, and the measurement position in the Raman spectrometer 200 is determined. As can be understood from this description, the spectrum analysis unit 120 corresponds to the measurement position determination unit in the present invention.
[0028]
Further, the signal processing unit 110 is electrically connected to the drive system control unit 36 for driving the stage 12 in the storage container 10 and the three adjustment stages 52, 62, 68. Therefore, by controlling the stage 12 and the three adjustment stages 52, 62, 68 by the drive system control unit 36, the measurement position on the wafer W can be determined, and the optical alignment of the measurement system can be adjusted. Can be.
[0029]
The Raman spectrometer 200 includes a light source 232, a Raman spectrometer 234, optical fibers 241 and 242, and a light emitter 250. The Raman spectrometer 200 has a function of realizing a well-known Raman spectroscopy, and it is possible to measure a stress or the like due to a strain of a crystal by this measurement. Note that, in the present embodiment, the Raman spectroscopic measurement unit 200 sets the uneven portion existing on the wafer W as the measurement target region. The position of the measurement target area is determined based on the index value of the flatness on the wafer W obtained by the spectrum analysis unit 120 as described above.
[0030]
The incident light beam emitted from the light emitting device 250 passes through the half mirror 20 and then passes through the condenser lens 22 and the glass plate 14 to reach the wafer W. The light beam reflected by the wafer W passes through the glass plate 14, the condenser lens 22, and the half mirror 20, and returns to the light emitting device 150. The reflected light beam incident on the light emitting device 250 is guided to the Raman spectrometer 234 via the optical fiber 242, and Raman spectrometry is performed. The distal ends of the optical fibers 241 and 242 in the light emitting device 250 are configured in the same manner as in FIG. Therefore, the light spot formed on the wafer W by the incident light beam emitted from the first fiber 241 is also substantially circular.
[0031]
Note that a computer program for realizing the function of the above-described spectrum analysis unit 120 is provided in a form recorded on a computer-readable recording medium such as a flexible disk or a CD-ROM. The computer reads the computer program from the recording medium and transfers it to an internal storage device or an external storage device. Alternatively, a computer program may be supplied to a computer via a communication path. When implementing the functions of the computer program, the computer program stored in the internal storage device is executed by the microprocessor of the computer. Further, the computer may read a computer program recorded on a recording medium and directly execute the computer program.
[0032]
In this specification, the computer is a concept including a hardware device and an operation system, and means a hardware device that operates under the control of the operation system. In the case where an operation system is unnecessary and a hardware device is operated by an application program alone, the hardware device itself corresponds to a computer. The hardware device includes at least a microprocessor such as a CPU and means for reading a computer program recorded on a recording medium. The computer program includes a program code that causes such a computer to realize the functions of the above-described units. Some of the functions described above may be realized by an operation system instead of the application program.
[0033]
Note that the “recording medium” in the present invention includes a flexible disk, a CD-ROM, a magneto-optical disk, an IC card, a ROM cartridge, a punched card, a printed matter on which a code such as a barcode is printed, a computer internal storage device (RAM And a computer-readable medium such as an external storage device.
[0034]
FIG. 3 is a flowchart illustrating a processing procedure of the substrate measuring apparatus according to the present embodiment. In step S101, the light spot of the incident light beam emitted from the light emitting device 150 of the film thickness measuring unit 100 is positioned at the first measurement position on the wafer W. The positioning of the light spot is performed by the drive system control unit 36 controlling the stage 12.
[0035]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a semiconductor wafer W to be measured. A large number of chips CP are formed on the wafer W, and are divided by scribe lines SL. A predetermined circuit pattern is formed on each chip CP.
[0036]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a region surrounded by a broken line in FIG. 4 in an enlarged manner. As shown in the figure, the chip CP includes an uneven portion UA having unevenness such as a pattern or a depression on the surface. The other area on each chip CP other than the uneven portion UA is a flat area without unevenness. In the present embodiment, a region including the uneven portion UA is a measurement target region for Raman spectrometry in step S105 described later.
[0037]
In step S102, the spectrum of the reflected light from the light spot positioned in step S101 is measured. That is, this light spot becomes a measurement area of the film thickness measurement unit 100.
[0038]
In step S103, the degree of coincidence (GOF value) between the measured value of the reflected light spectrum measured in step S102 and the predicted value Ic of the reflected light spectrum is determined. The predicted value Ic of the reflected light spectrum is determined based on the physical property value (optical constant) of the substrate, the thickness and the physical property value (optical constant) of the thin film. In the present embodiment, a plurality of predicted values Ic corresponding to a plurality of film thickness values are prepared in advance. The range of the plurality of film thickness values is set so as to include at least the range that the film thickness value of the insulating film can take, and the difference between the film thickness values is determined to the extent that sufficient measurement accuracy can be obtained. Note that the range in which the thickness of the insulating film can be taken can be easily estimated usually from the conditions for forming the insulating film.
[0039]
The thickness of the insulating film can be determined from the degree of coincidence between the measured value of the reflected light spectrum and the predicted value Ic of the reflected light spectrum. That is, when the degree of coincidence between the predicted value Ic and the measured value is sufficiently large, the film thickness serving as the basis for calculating the predicted value Ic is determined as the film thickness of the insulating film.
[0040]
In this embodiment, the above-mentioned degree of coincidence is used as an index value of the flatness of the wafer W. That is, when there is an uneven portion in the region within the light spot, the light incident on the wafer W is irregularly reflected by the uneven portion, so that the measured value of the reflected light spectrum includes the uneven portion in the region within the light spot. In the case where there is no reflected light spectrum, the value is different from the predicted value Ic of the reflected light spectrum. Therefore, it is possible to know the flatness of the area in the light spot from the degree of coincidence between the predicted value Ic of the reflected light spectrum and the measured value.
[0041]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the measurement area M1 and the uneven portion UA, and the measured value Im of the reflected light spectrum in the positional relationship. As shown in FIGS. 6 (A-1), (B-1) and (C-1), the measurement area M1 (light spot) has a substantially circular shape.
[0042]
FIG. 6A-1 shows a case where the measurement area M1 does not include the uneven portion UA at all. FIG. 6A-2 shows the measured value Im of the reflected light spectrum of the light reflected from the measurement area M1 in the state of FIG. 6A-1 and the measured value Im of the plurality of predicted values Ic most closely. Predicted values Ic. The predicted value Ic is a value when the thickness of the insulating film (SiN film) is assumed to be "214.5 nm". As described above, when the reflected light spectrum is measured using a region including only the flat portion of the wafer W as the measurement region M1, a predicted value Ic substantially matching the measured value Im can be obtained.
[0043]
The degree of coincidence (GOF value) between the predicted value Ic of the reflected light spectrum and the measured value Im is obtained by the following equation (1).
[0044]
(Equation 1)
Figure 0003602966
[0045]
Here, it is assumed that the predicted value Ic (k) and the measured value Im (k) of the reflected light spectrum are obtained for each of N discrete wavelength values. Note that a calculation formula other than the formula (1) may be used as a calculation formula of the degree of coincidence.
[0046]
When the measurement region M1 and the uneven portion UA have the positional relationship shown in FIG. 6A-1, the maximum value GOFmax of the GOF value is “960” as shown in FIG. 6A-2. Note that when such a high GOF value (a value close to 1000) is obtained, the thickness of the insulating film can be determined to be equal to "214.5 nm".
[0047]
FIG. 6 (B-1) shows a case where the uneven portion UA is included in almost 50% of the measurement area M1. FIG. 6B-2 shows the measured value Im of the reflected light spectrum in the state of FIG. 6B-1 and the predicted value Ic that most closely matches the measured value Im among the plurality of predicted values Ic. I have. Note that the predicted value Ic is a value when the thickness of the insulating film is assumed to be “196.5 nm”. As shown in FIG. 6B-2, when the reflected light spectrum is measured using the region including the uneven portion UA of the wafer W as the measurement region M1, the predicted value Ic and the measured value Im of the reflected light spectrum are not so large. It does not match. At this time, the maximum value GOFmax of the GOF value is “790”.
[0048]
FIG. 6C-1 shows a case where the measurement area M1 includes only the uneven portion UA. FIG. 6C-2 shows the measured value Im of the reflected light spectrum in the state of FIG. 6C-1 and the predicted value Ic that most closely matches the measured value Im among the plurality of predicted values Ic. I have. Note that the predicted value Ic is a value when the thickness of the insulating film is assumed to be “192.5 nm”. As shown in FIG. 6 (C-2), when the area including the uneven portion UA in the measurement area M1 increases, the predicted value Ic of the reflected light spectrum and the measured value Im deviate considerably. At this time, the maximum value GOFmax of the GOF value is further reduced to “740”.
[0049]
As described above, the maximum value GOFmax of the GOF values of the plurality of predicted values Ic of the reflected light spectrum and the measured value Im changes depending on the area of the uneven portion UA included in the measurement region M1. That is, the maximum value GOFmax is small when the measurement area M1 includes many uneven portions UA, and the maximum value GOFmax is large when the measurement region M1 does not include many uneven portions UA. Therefore, by using the maximum value GOFmax of the GOF value as an index value of the flatness of the wafer, it is possible to estimate the area of the uneven portion UA included in the measurement area M1.
[0050]
In step S104 (FIG. 3), it is determined whether or not the maximum value GOFmax of the GOF value obtained in step S103 is equal to or less than a predetermined threshold. In the present embodiment, when the maximum value GOFmax of the GOF value is equal to or less than “760”, the position of the measurement region M1 which is the measurement target region of the film thickness measurement unit 100 is changed to the measurement region M2 of the Raman spectroscopic measurement. Determine as position. In the present embodiment, when the maximum value GOFmax is equal to or less than “760”, the measurement area M1 includes the uneven portion UA in an amount of about 80% or more. On the other hand, when the maximum value GOFmax of the GOF value exceeds “760”, since the measurement area M1 does not include much the uneven portion UA, the measurement area M1 is determined to be inappropriate as a measurement area for the Raman spectroscopic measurement. You. In this case, returning to step S101, the light spot is positioned in the next measurement area M1 ′, and the degree of coincidence is checked again. In this way, the processing of steps S101 to S104 is repeated to determine the measurement position where the maximum value GOFmax of the GOF value is equal to or less than the predetermined threshold.
[0051]
It is preferable that the position of the next measurement area M1 ′ is determined based on the maximum GOFmax of the GOF values obtained in the measurement area M1. For example, if the state shown in FIG. 6A-1 is expected from the obtained maximum GOF value GOFmax, the next measurement area M1 is located at a distance from the measurement area M1 by about the diameter of the light spot. 'Position. When the state shown in FIG. 6 (B-1) is expected, the next measurement area M1 'is positioned at a position separated by a radius of the light spot. By doing so, it is possible to quickly determine a measurement region where the maximum value GOFmax of the GOF value is equal to or less than the predetermined threshold.
[0052]
In step S105, Raman spectroscopy is performed at a measurement position where the maximum value GOFmax of the GOF value determined in step S104 is equal to or less than a predetermined threshold. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the measurement area M2 (light spot) for Raman spectrometry and the measurement area M1 (light spot) for film thickness measurement. In FIG. 7, a region indicated by a solid line indicates a first measurement region M1 when the maximum value of the GOF value is substantially “760”. Further, the second measurement area M2 of the Raman spectroscopy measurement indicated by the broken line is set to an area having substantially the same size as the first measurement area M1. In this way, the measurement region M2 including many uneven portions UA can be set as a measurement target region for Raman spectrometry.
[0053]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing another relationship between the measurement region M2 for Raman spectroscopy measurement and the measurement region M1 for film thickness measurement. In FIG. 8, a region indicated by a solid line is a measurement region M1 when the maximum value of the GOF value is substantially “760”, and is the same as the measurement region M1 shown in FIG. On the other hand, the measurement area M2 of the Raman spectroscopy indicated by the broken line is set smaller than the measurement area M1. At this time, only the uneven portion UA is included in the measurement region M2. As shown in FIG. 8, if the second measurement region M2 is set smaller than the first measurement region M1, the second measurement region M2 can be determined more reliably, and the accuracy can be improved (the S / N ratio is high). ) Measurement becomes possible. Note that such adjustment of the size of the second measurement region M2 can be performed by adjusting the positional relationship between the light emitting device 250, the condenser lens 22, and the wafer W in FIG.
[0054]
B. Second embodiment:
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of a substrate measuring device as a second embodiment of the present invention. This substrate measuring device has substantially the same configuration as that of the substrate measuring device of the first embodiment (FIG. 1), and a detailed description thereof will be omitted.
[0055]
In the present embodiment, the light emitting device 150 of the film thickness measuring unit 100 and the light emitting device 250 of the Raman spectroscopic measuring unit 200 are arranged in parallel, and via two adjustment stages 62 and 80 and a bracket 64. A support column 60 is attached. The light emitting ports of the two light emitting devices 150 and 250 are separated by a distance L. In this apparatus, when performing Raman spectroscopy measurement, it is set so that the incident light beam from the light emitting device 250 for Raman spectroscopy enters near the center of the condenser lens 22 as shown in the figure. When measuring the film thickness, the light emitting device 150 for measuring the film thickness is moved to the left by the distance L, and the incident light beam from the light emitting device 150 enters near the center of the condenser lens 22. It is set as follows. The light emitting devices 150 and 250 are moved by moving the adjustment stage 80 in the horizontal direction.
[0056]
In this apparatus, since the two measurement systems are exchanged as described above, the half mirror 20 shown in FIG. 1 is not provided. At this time, the incident light beams emitted from the two light emitting devices 150 and 250 reach the wafer W without passing or reflecting through the half mirror, so that the light irradiating the wafer W is compared with the case where the half mirror is used. Can be increased in strength. Also, the reflected light flux from the wafer W returns to the respective light emitting devices 150 and 250 without transmitting or reflecting through the half mirror, so that the intensity of the reflected light can be increased. Therefore, if such a configuration is adopted, more accurate measurement (high S / N ratio) can be performed.
[0057]
As described above, in the above embodiment, the reflected light spectrum from the first measurement region M1 on the wafer W is measured using the film thickness measurement unit 100 as the first measurement unit. The spectrum analyzer 120 calculates the degree of coincidence (GOF value) between the predicted value of the reflected light spectrum and the measured value. This degree of coincidence indicates a large value when the first measurement region M1 does not include many uneven portions, and indicates a small value when the first measurement region M1 includes many uneven portions. Therefore, if this degree of coincidence is used as an index value of the flatness of the substrate in the first measurement area M1, the position of the second measurement area M2 of the second measurement section can be easily determined, and the predetermined measurement can be performed. It is possible to do.
[0058]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be carried out in various modes without departing from the scope of the invention, and for example, the following modifications are possible.
[0059]
(1) In the above embodiment, assuming that the thickness of the insulating film of the wafer is unknown, a plurality of predicted values Ic corresponding to the plurality of thicknesses are prepared as the spectrum of the reflected light. If the value is known, only one predicted value of the reflected light spectrum needs to be prepared. In this case, the GOF value may be obtained for one predicted value, so that the entire process can be performed quickly.
[0060]
(2) In the above embodiment, the spectrum of the reflected light is measured using the film thickness measuring unit 100 (FIGS. 1 and 9) as the first measuring unit, but another measuring device may be used. . The first measurement unit only needs to obtain a value related to flatness in the first measurement region M1, and for example, a device that measures reflectance may be used. That is, when there is a concavo-convex portion in the first measurement region M1, the reflectance is expected to be reduced due to irregular reflection, so that the flatness of the substrate can also be known. In this case, the measurement position determination unit may determine the position of the second measurement area M2 based on the magnitude of the reflectance.
[0061]
(3) In the above embodiment, the Raman spectroscopic measurement unit 200 (FIGS. 1 and 9) is used as the second measurement unit, but another measurement device may be used. As the second measuring section, it is preferable to apply a measuring device in which the measuring area is limited by the uneven portion. For example, an apparatus for measuring the thickness of a copper film wiring pattern using X-rays can be applied. Note that the substrate measurement device of the present invention can be applied even when the measurement performed by the second measurement unit involves damage to the wafer.
[0062]
(4) In the above embodiment, the spectrum analyzer 120 (FIGS. 1 and 9) determines that the maximum value of the GOF value is equal to or less than a predetermined threshold as the measurement area M2 of the Raman spectrometer 200 as the second measurement unit. Although the region including many uneven portions is determined, the region that does not include many uneven portions where the maximum value of the GOF value is equal to or more than a predetermined threshold may be determined as the second measurement region M2. That is, the measurement position determination unit of the present invention may set a condition suitable for measurement by the second measurement unit.
[0063]
(5) In the above embodiment, the incident light beam for forming the light spot is assumed to be incident on the wafer W almost perpendicularly. Applicable.
[0064]
(6) In the above embodiment, a part of the configuration realized by hardware may be replaced with software, and conversely, a part of the configuration realized by software may be replaced with hardware. Is also good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a substrate measuring device as a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of an end portion of an optical fiber in a light emitting device 150.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a processing procedure of the substrate measuring apparatus according to the embodiment.
FIG. 4 is an explanatory view showing a semiconductor wafer W to be measured.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an enlarged region surrounded by a broken line in FIG. 4;
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the measurement area M1 and the uneven portion UA, and a measured value Im of a reflected light spectrum in the positional relationship.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a relationship between a measurement area M2 for Raman spectrometry and a measurement area M1 for thickness measurement.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing another relationship between a measurement area M2 for Raman spectroscopy measurement and a measurement area M1 for film thickness measurement.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of a substrate measuring device as a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10. Storage container
12 ... Stage
14 ... Glass plate
20: Half mirror
22 ... Condensing lens
36 ... Drive system control unit
50,60 ... Support column
52, 62, 68 ... Adjustment stage
54, 64, 66, 70 ... bracket
80 ... Adjustment stage
100: film thickness measuring unit
110 ... Signal processing unit
120: Spectrum analysis unit
122: Hard disk drive
132 ... light source
134 ... Spectroscope
141, 142, 241, 242 ... optical fiber
150, 250 ... light emitting device
200 ... Raman spectroscopy unit
232 ... light source
234 ... Raman spectrometer
CP: Chip
M1, M2 ... measurement area
SL… Scribe line
UA: Uneven part
W: Semiconductor wafer

Claims (6)

表面に凹凸を有する基板に対して所定の測定を行う基板計測装置であって、
前記基板上の第1の測定位置において、前記第1の測定位置の近傍領域の平坦度に関係する測定値が得られる第1の測定を行う第1の測定部と、
前記第1の測定位置における前記測定値に応じて得られる平坦度の指標値が所定の範囲内の値となるときに、前記第1の測定位置を第2の測定に適した第2の測定位置として決定する測定位置決定部と、
前記第2の測定位置において前記第2の測定を行う第2の測定部と、
を備えることを特徴とする基板計測装置。
A substrate measurement device that performs predetermined measurement on a substrate having irregularities on the surface,
A first measurement unit that performs a first measurement in which a measurement value related to flatness of a region near the first measurement position is obtained at a first measurement position on the substrate;
When the index value of the flatness obtained according to the measurement value at the first measurement position becomes a value within a predetermined range, the second measurement suitable for the second measurement is performed at the first measurement position. A measurement position determination unit that determines the position,
A second measurement unit that performs the second measurement at the second measurement position;
A substrate measuring apparatus comprising:
請求項1記載の基板計測装置であって、
前記第2の測定位置の近傍領域は、凹凸を含む領域であり、
前記第2の測定部において行われる前記第2の測定は、前記凹凸に関する測定である、基板計測装置。
The substrate measuring device according to claim 1,
The region near the second measurement position is a region including irregularities,
The substrate measurement device, wherein the second measurement performed by the second measurement unit is a measurement related to the unevenness.
請求項1または2記載の基板計測装置であって、
前記第1の測定部は、前記第1の測定位置に第1の光スポットを照射し、前記第1の光スポットからの反射光を前記第1の測定位置の近傍領域の平坦度に関係する前記測定値として得る、基板計測装置。
The substrate measuring device according to claim 1 or 2,
The first measurement unit irradiates a first light spot on the first measurement position, and reflects light reflected from the first light spot on a flatness of a region near the first measurement position. A substrate measurement device obtained as the measurement value.
請求項3記載の基板計測装置であって、
前記第1の測定部は、前記基板上に形成された薄膜の膜厚値に関する測定を行う膜厚測定部であり、
前記測定位置決定部は、前記薄膜の膜厚値から予測される反射光のスペクトルの予測値と前記測定値との一致度を前記指標値として求め、前記指標値が所定の閾値以下となるときに前記第1の測定位置を前記第2の測定位置として決定する、基板計測装置。
The substrate measuring device according to claim 3, wherein
The first measurement unit is a film thickness measurement unit that measures a film thickness value of a thin film formed on the substrate,
The measurement position determination unit obtains, as the index value, the degree of coincidence between the predicted value of the spectrum of reflected light predicted from the film thickness value of the thin film and the measured value, and when the index value is equal to or less than a predetermined threshold value A substrate measurement device that determines the first measurement position as the second measurement position.
請求項4記載の基板計測装置であって、
前記測定位置決定部は、前記薄膜の複数の異なる膜厚値から予測される反射光のスペクトルの複数の前記予測値を予め準備し、複数の前記予測値と前記測定値との一致度の最大値を前記指標値として求める、基板計測装置。
The substrate measuring apparatus according to claim 4, wherein
The measurement position determination unit prepares in advance a plurality of predicted values of the spectrum of the reflected light predicted from a plurality of different film thickness values of the thin film, and sets the maximum degree of coincidence between the plurality of predicted values and the measured value. A substrate measuring device for determining a value as the index value.
請求項3ないし5のいずれかに記載の基板計測装置であって、
前記第2の測定部は、前記第2の測定位置に第2の光スポットを照射し、前記第2の光スポットからの反射光を分析することによって前記第2の測定を実行する測定部であり、
前記第2の光スポットは、前記第1の光スポットよりも小さい、基板計測装置。
It is a board | substrate measuring apparatus in any one of Claims 3 thru | or 5, Comprising:
The second measurement unit is a measurement unit that irradiates a second light spot to the second measurement position and performs the second measurement by analyzing reflected light from the second light spot. Yes,
The substrate measuring device, wherein the second light spot is smaller than the first light spot.
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