JP3907518B2 - Shape measuring device - Google Patents
Shape measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- JP3907518B2 JP3907518B2 JP2002136753A JP2002136753A JP3907518B2 JP 3907518 B2 JP3907518 B2 JP 3907518B2 JP 2002136753 A JP2002136753 A JP 2002136753A JP 2002136753 A JP2002136753 A JP 2002136753A JP 3907518 B2 JP3907518 B2 JP 3907518B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wafer
- main surface
- reference plane
- surface side
- interference fringe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,干渉計を用いて半導体ウェハの形状(厚さ分布)を測定する形状測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体シリコン等のウェハの厚さ分布を測定する形状測定装置としては,例えば,特開2001−241923号公報(公報1)に提案されているものがある。該公報1に示される形状測定装置は,ウェハの面に垂直に平行光を入射させるフィゾー型干渉計を,ウェハの主面側及びその裏面側に対向して配置し,ウェハの厚さ分布を測定する装置である。前記公報1の技術では,ウェハの主面からの反射光とウェハの主面側の基準平面からの反射光とによって形成される干渉縞に基づいて,ウェハの主面と主面側の基準平面との距離La(x,y)を,ウェハの裏面からの反射光とウェハの裏面側の基準平面からの反射光とによって形成される干渉縞に基づいて,ウェハの裏面と裏面側の基準平面との距離Lb(x,y)を,ウェハを2つの基準平面の間から除去した状態で,前記平行光の一方に対するウェハの主面側及び裏面側それぞれの基準平面からの反射光によって形成される干渉縞に基づいて,2つの基準平面の距離Lt(x,y)をそれぞれ求め,ウェハの厚さT(x,y)を次の(1)式により求めるものである。
T(x,y)=Lt(x,y)−La(x,y)−Lb(x,y)…(1)
これにより,前記2つの基準平面それぞれの各位置(x,y)ごとにその変位(凹凸)分が相殺されるので,求められるウェハの測定精度に対して前記2つの基準平面それぞれの平坦度が十分でない場合であっても,これに依存せず精度の高いウェハの形状測定を行うことが可能となる。
即ち,ウェハ表面に垂直な方向から見た所定の位置(x0,y0)において,主面側及び裏面側それぞれの基準平面が,理想平面に対してそれぞれΔa,Δbの誤差(凹凸)を有しているとすると,その位置での各測定距離La0(=La(x0,y0)),Lb0(=Lb(x0,y0)),Lt0(=Lt(x0,y0))は,それぞれ以下の式で表される。
La0=La0’−Δa
Lb0=Lb0’−Δb …(2)
Lt0=Lt0’−Δa−Δb
ここで,La0’,Lb0’,Lt0’は,2つの基準平面が理想平面であるときのLa0,Lb0,Lt0に対応する真の距離である。この(2)式を(1)式に適用すると,各誤差Δa,Δbが相殺され,理想平面を基準としたウェハの真の厚みを求められる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら,現在利用されている主な半導体ウェハ(以下,単にウェハという)は,主面は鏡面であるが,裏面はエッチング処理やサンドブラスト処理等が施された散乱面(以下,粗面という)である。このような粗面(裏面)に対して前記公報1に示されるフィゾー干渉計を用いると,照射した平行光の反射率が低くなり,測定に十分な干渉縞が得られないという問題点があった。
これに対し,粗面の干渉測定を行う方法として,例えば特開2000−81321号公報(公報2)に示されるような斜入射干渉計が知られている。該公報2に示される技術は,ウェハに近接して配置されたプリズムの基準平面(参照面)を介してウェハ表面に平行光を斜めに照射し,ウェハの面及び基準平面それぞれからの反射光で形成される干渉縞画像に基づいて,ウェハの面と基準平面との距離を測定するものである。これを用いれば,粗面であっても反射率を高めることができ,測定に十分な干渉縞を得ることが可能となる。
しかしながら,前記公報2に示される技術では,平行光をウェハ表面に対して斜めに照射するため,プリズムの基準平面の平坦度が測定精度に影響することになる。このことについて,図3を用いて説明する。
【0004】
図3(a)は,従来の斜入射干渉計Zにより基準平面とウェハとの距離を測定する際の光路を模式的に表した図である。図3(a)に示すように,斜入射干渉計をウェハ1の主面1a側,及び裏面1b側それぞれに配置した場合を考える。即ち,主面1a側及び裏面1b側それぞれにプリズム41,42を,その基準平面41a,42aが主面1a及び裏面1bそれぞれに近接するよう配置する。
今,ウェハ1の裏面1bに斜めに照射される平行光Bが,プリズム42の基準平面42aにおける所定の出射位置Lを通過してウェハ1の裏面1bに向かうとする。この光は,ウェハ1の面に垂直な方向から見て(図3(a)においては上側又は下側から見て),前記出射位置Lとずれた位置Mでウェハ1の裏面1bで反射した後,さらにずれた位置Nにおいて基準平面42aに到達する。従って,ウェハ1の裏面1bからの反射光Sと,基準平面42aからの反射光Rとの光路差は,(L〜M間の距離)+(M〜N間の距離)となり,この光路差による干渉縞が得られる。このため,基準平面42aの平坦度が十分でなく,基準平面42aが理想平面に対して位置Lと位置Nとがずれていれば(表面に凹凸があれば),そのずれが測定誤差となってしまう。ここで,基準平面42aをウェハ1の裏面1bに十分近接させれば,位置L〜N間の距離が十分小さくなり,位置L,Mのずれによる測定誤差を許容範囲内に抑えることができる。このことは,ウェハ1の主面1a側においても同様である。しかし,このようにして得られる干渉縞に基づいて求められるのは,あくまで基準平面41a,42aとウェハ1の表面1a,1bとの距離であり,求められるウェハの測定精度に対して2つの基準平面41a,42aそれぞれの平坦度が十分でない場合には精度のよい形状測定が行えない。そこで,ウェハ1の主面1a側及び裏面1b側それぞれの基準平面41a,42aの平坦度の誤差の影響を除去する(相殺する)前記公報1の技術を適用することが考えられるが,そのためにはウェハ1を2つの基準平面41a,42aの間から除去し,2つの基準平面41a,42aの間の距離の分布を測定する必要がある。
【0005】
しかしながら,一般に,ウェハ1の厚みは0.7〜0.8mm程度あるため,2つの基準平面41a,42aの間隔は少なくとも1mm程度は必要となる。
図3(b)は従来の斜入射干渉計Zにより2つの基準平面41a,42aの間の距離を測定する際の光路を模式的に表した図である。図3(b)に示すように,基準平面42aにおける所定の入射位置L’を通過して基準平面41aに向かう光は,前記入所位置L’とずれた位置M’で基準平面41aに反射した後,さらにずれた位置N’において基準平面42aに到達する。このときの位置L’〜N’間の距離(ずれ)は,10mm程度にもなってしまう。一般に,基準平面には,10mm程度を空間周期(間隔)として最大の平坦度誤差(例えば,0.03μm程度)が生じやすいため,前記公報2に示される斜入射干渉計を前記公報1の技術で用いられる干渉計に置き換えると,基準平面の平坦度の最大誤差がそのまま測定誤差となってしまうという問題点があった。これでは,0.01μmオーダーの測定精度が要求された場合には適用できない。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,ウェハの主面が鏡面,その裏面が粗面であっても,干渉計の基準平面が有する平坦度の誤差に影響されずに精度よくウェハの形状(厚み分布)を測定できる形状測定装置及びその方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は,ウェハの主面側に配置される基準平面及び前記ウェハの裏面側に近接して配置される基準平面の2つの基準平面を構成する手段と,前記主面側の基準平面を介して前記ウェハの主面に略垂直に平行光を照射する主面側発光手段と,前記主面側発光手段による平行光の前記ウェハの主面及び前記主面側の基準平面それぞれからの反射光で形成される第1の干渉縞画像を取得する主面側干渉縞画像取得手段と,前記裏面側の基準平面を介して前記ウェハの裏面に斜めに照射する裏面側発光手段と,前記裏面側発光手段による平行光の前記ウェハの裏面及び前記裏面側の基準平面それぞれからの反射光で形成される第2の干渉縞画像を取得する裏面側干渉縞画像取得手段と,前記ウェハを前記2つの基準平面の間から除去した状態で,前記主面側発光手段による平行光の前記裏面側の基準平面及び前記主面側の基準平面それぞれからの反射光で形成される第3の干渉縞画像を取得する基準平面干渉縞画像取得手段と,前記第1乃至3の干渉縞画像に基づいて前記ウェハの厚さ分布を算出する形状算出手段と,を具備してなることを特徴とする形状測定装置である。
【0007】
ここで,前記形状算出手段は,前記ウェハの厚さ分布T(x,y)を,前記第1の干渉縞画像に基づき求められる前記ウェハの主面と前記主面側の基準平面との距離La(x,y)と,前記第2の干渉縞画像に基づき求められる前記ウェハの裏面と前記裏面側の基準平面との距離Lb(x,y)と,前記第3の干渉縞画像により求められる前記2つの基準平面の距離Lt(x,y)とに基づいて,次式により算出することが可能である。
T(x,y)=Lt(x,y)−La(x,y)−Lb(x,y)
これにより,ウェハの主面(鏡面)及びその裏面(粗面)それぞれに適した干渉計を配置してウェハの主面及び裏面の形状を測定できるとともに,主面側の干渉計によって求めた主面側及び裏面側の2つの基準平面間の距離に基づいて,2つの基準平面それぞれの各位置ごとにその変位(凹凸)分が相殺されるので,求められるウェハの測定精度に対して2つの基準平面それぞれの平坦度が十分でない場合であっても,これに依存せず精度の高いウェハの形状測定を行うことが可能となる。さらに,垂直入射光が用いられる主面側では,主面側の基準平面とウェハとの間隔を確保できるので,斜入射光を用いる基準平面をウェハ両面に近接させて測定する場合に比べ,ウェハを2つの基準平面の間へ挿入及び除去するハンドリングが容易となる。
【0008】
また,前記ウェハの少なくとも1箇所の絶対厚さを測定する絶対厚さ測定手段を具備し,前記形状算出手段が,前記絶対厚さ測定手段による前記絶対厚さに基づいて前記ウェハの絶対厚さ分布を算出するものであってもよい。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照しながら,本発明の実施の形態及び実施例について説明し,本発明の理解に供する。尚,以下の実施の形態及び実施例は,本発明を具体化した一例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに,図1は本発明の実施の形態に係るウェハ形状測定装置Xの構成図,図2は本発明の実施の形態に係るウェハ形状測定装置Xにおける基準平面とウェハとの間及び2つの基準平面間の光路を模式的に表した図,図3は従来の斜入射干渉計Zによる基準平面とウェハとの間及び2つの基準平面間の光路を模式的に表した図である。
【0010】
以下,図1を用いて本発明の実施の形態に係るウェハ形状測定装置Xについて説明する。
本ウェハ形状測定装置Xは,ウェハ支持部30により支持されたウェーハ1の主面1a及び裏面1bの両面側に2つの光学測定系10,20が対向配置されている。
前記主面1a側の光学測定系10はフィゾー干渉計であり,測定光12を出射する主面側発光器11,その測定光12を透過させるハーフミラー13,該ハーフミラー13を透過後の前記測定光12を前記主面1aに垂直な平行ビームとするコリメータレンズ14,その平行ビームの一部を透過し,一部を反射する主面側基準平面15aを有する参照板15,前記ウェハ1の主面1aで反射された測定光が前記参照板15及び前記コリメータレンズ14を経て,前記ハーフミラー13に反射した光を受光するCCDカメラ等の主面側受光器16,及び前記参照板15を前記ウェハ1の面に垂直な方向に移動させるピエゾアクチュエータ17を備えている。ここで,前記主面側基準平面15aでの反射光と,前記ウェハ1の主面1aでの反射光とには,前記主面側基準平面15aと前記主面1aとの距離に対応する光路差があるため,この光路差が,前記主面側受光器16において,両反射光で形成される干渉縞として観測される。
【0011】
一方,前記裏面1b側の光学測定系20は,斜入射干渉計であり,測定光22を出射する裏面側発光器21,その測定光22を前記裏面1bに対して斜め方向の平行ビームとするコリメータレンズ24,その平行ビームの一部を透過し,一部を反射する裏面側基準平面25aを有する三角プリズム25,前記ウェハ1の裏面1bで反射された測定光が前記裏面側基準平面25a(前記三角プリズム25)及びコリメータレンズ24’等を経た光を受光するCCDカメラ等の裏面側受光器26,及び前記三角プリズム25を前記ウェハ1の面に略垂直な方向に移動させるピエゾアクチュエータ27を備えている。そして,前記裏面側基準平面25aでの反射光と,前記ウェハ1の裏面1bでの反射光とには,前記裏面側基準平面25aと前記裏面1bとの距離に対応する光路差があるため,この光路差が,前記裏面側受光器26において,両反射光で形成される干渉縞として観測される。前記三角プリズム25は,前記裏面側基準平面25aが前記ウェハ1の裏面1bに近接するよう(例えば,0.1mm程度の距離で)配置されている。前記測定光12,22としては,例えば,HnNeレーザ(λ=633nm)や,半導体レーザ等のコヒーレント光が用いられる。また,前記三角プリズム25は,フィゾー干渉で用いられるようなウェッジプリズム等の参照板を用いてもかまわない。
【0012】
前記主面側受光器16及び前記裏面側受光器26で得られる干渉縞画像は,画像入力手段を有するパーソナルコンピュータ等である演算器31(前記形状算出手段の一例)に入力され,入力された干渉縞画像に基づいて前記ウェハ1の主面1a及び裏面1bの表面形状(高さ分布)が演算される。以下,前記主面側受光器16で得られたウェハ1の主面1aと前記主面側基準平面15aとの反射光で形成される干渉縞画像をa,前記裏面側受光器26で得られたウェハ1の裏面1bと前記裏面側基準平面25aとの反射光で形成される干渉縞画像をbとする。
【0013】
さらに,前記演算器31には,前記2つの干渉縞画像a,bの他に,前記主面側基準平面15a及び前記裏面側基準平面25aそれぞれからの反射光で形成される干渉縞画像cが取り込まれる。前記干渉縞画像cは,前記ウェハ1を前記2つの光学測定系10,20の間から取り除いた状態で,前記主面1a側の発光器11からの測定光の前記主面側及び裏面側の各基準平面15a,25aにおける反射光を前記主面側受光器16で受光することにより観測する。前記演算器31は,入力した前記干渉縞画像cにより,前記主面側基準平面15aと前記裏面側基準平面25bとの距離の分布を演算する。ここで,前記主面側発光器11及び前記コリメータレンズ14が前記主面側発光手段の一例,前記裏面側発光器21及び前記コリメータレンズ24が前記裏面側発光手段の一例,前記主面側受光器16が前記主面側干渉縞画像取得手段及び基準平面干渉縞画像取得手段の一例,前記裏面側受光器26が前記裏面側干渉縞画像取得手段の一例である。
【0014】
次に,図2を用いて,前記干渉縞画像a〜cそれぞれを観測時の前記平行光の光路について説明する。
前記干渉縞画像a(主面)の観測時においては,図2(a)に示すように,前記主面側基準平面15aの所定の入射位置Qから前記ウェハ1の主面1aに向かう光は,前記主面1aに垂直な方向に照射されているため,前記ウェハ1の面に垂直な方向から見て(図2(a)においては上側又は下側から見て),前記入射位置Qと同じ位置M’でウェハ1の主面1aに反射した後,前記主面側基準平面15aの前記入射位置Qに戻る。このように,前記出射位置Qから出た光が元の位置に戻ってくるため,前記主面側基準平面15aの平坦度(凹凸)の影響を受けない。
一方,前記干渉縞画像b(裏面)の観測時においては,図2(a)に示すように,前記裏面側基準平面25aの所定の入射位置Lから前記ウェハ1の裏面1bに向かう光は,前記裏面1bに対して斜めに照射されているため,前記ウェハ1の面に垂直な方向から見て,前記入射位置Lとずれた位置Mで反射した後,さらにずれた位置Nにおいて前記裏面側基準平面25aに到達する。ここで,前述したように,前記裏面側基準平面25aは前記ウェハ1の裏面1bに近接しているので,前記位置LとNのずれは,測定精度に問題が生じない程度に十分小さい。前述したように,一般に,基準平面には10mm程度を空間周期(間隔)として最大の平坦度誤差が生じやすいが,例えば,前記裏面側基準平面25aを前記ウェハ1の裏面1bに対して0.1mm程度まで近接させれば,前記位置LとNのずれは,1mm程度となり,基準平面の平坦度誤差の影響を無視できる程度に抑えられる。
また,前記干渉縞画像c(2つの基準平面間)の観測時においては,図2(b)に示すように,前記主面側基準平面15aの前記入射位置Qから前記ウェハ1の主面1aに向かう光は,前記ウェハ1の面に垂直な方向から見て(図2(b)においては上側又は下側から見て),前記入射位置Qと同じ位置Pで前記裏面側基準平面25aで反射した後,前記主面側基準平面15aの前記入射位置Qに戻る。このように,前記出射位置Qから出た光が元の位置に戻ってくるため,前記主面側基準平面15aの平坦度(凹凸)の影響を受けない。
従って,前記ウェハ1の主面1a側における前記位置M’と前記裏面1b側における前記位置Mとが表裏関係の位置であると考えると,前記裏面側基準平面25aにおける前記位置L,P,Nそれぞれのずれは,前記裏面側基準平面25aの平坦度誤差の影響を無視できる程度に十分小さく抑えられる。
また,前記ウェハ1の裏面1b側においては,前記裏面側基準平面25aと前記ウェハ1とが近接するが,前記ウェハ1の主面1a側においては,前記主面側基準平面15aと前記ウェハ1との間隔を確保できるため,前記ウェハ1を前記2つの基準平面15a,25aの間に挿入したり除去したりするハンドリングが容易となる。
【0015】
以上の測定により得られた前記干渉縞画像a〜cを用いて,前記演算器31では次のような演算を行う。
まず,前記干渉縞画像aに基づいて,前記主面側基準平面15aと前記主面1aとの間の距離La(x,y),前記干渉縞画像bに基づいて前記裏面側基準平面25aと前記裏面1bとの間の距離Lb(x,y),前記干渉縞画像cに基づいて前記主面側基準平面15aと前記裏面側基準平面25aとの間の距離Lt(x,y)が求められる。
前記主面1a側の光学測定系10による前記干渉縞画像aは,前記ピアゾアクチュエータ17によって前記参照板15(即ち,前記主面側基準平面15a)を,例えば,0(所定の基準位置),λ/8,2λ/8,3λ/8の各位置(λは測定光の波長)に移動させることにより,それぞれの位置での干渉縞画像の輝度データI0(x,y),I90(x,y),I180(x,y),I270(x,y)として前記演算器31に取り込まれる。この輝度データに基づいて,前記干渉縞画像aの位相φa(x,y)は,次の(2)式で求められる。
φa(x,y)=arctan{(I0−I180)/(I90/I270)}…(2)
このようにして得られたφa(x,y)に所定のアンラップ処理(処理後の位相をφa’(x,y)とする)を施した場合,前記距離La(x,y)は,次の(3)式で求められる。
La(x,y)=(φa’(x,y)/2π)×(λ/2) …(3)
前記距離Lc(x,y)も,前記距離La(x,y)と同様にして求められる。
また,前記裏面1b側の光学測定系20による前記干渉縞画像bも同様に,前記ピアゾアクチュエータ27によって前記三角プリズム25(即ち,前記裏面側基準平面25a)を,前記測定光22の前記ウェハ1の裏面1bへの入射角θを考慮した位置,例えば,0(所定の基準位置),λ/8/conθ,2λ/8/cosθ,3λ/8/cosθの各位置に移動させて,それぞれの干渉縞画像の輝度データとして前記演算器31に取り込まれる。さらに,その輝度データから,前記φa’(x,y)を求めたのと同様にアンラップ処理後の前記干渉縞画像bの位相φb’(x,y)が求められる。そして,次の(4)式により,前記距離Lb(x,y)が求められる。
Lb(x,y)=(φb’(x,y)/2π)×(λ/2×1/cosθ)
…(4)
そして,前記3つの距離La(x,y),Lb(x,y),Lt(x,y)に基づいて,前記(1)式により,前記ウェハ1の厚さ分布T(x,y)が求められる。
このようにして求められたウェハ1の厚さ分布T(x,y)は,前記公報1の段落0014に示されるように,前記2つの基準平面15a,25aそれぞれの各位置(x,y)ごとにその変位(凹凸)分が相殺されるので,前記主面側基準平面15a及び前記裏面側基準平面25aの平坦度(平面形状)に依存しない値である。即ち,本ウェハ形状測定装置Xによれば,基準平面の平坦度に依存せず高精度にウェハの厚さ分布測定を行うことが可能となる。これにより,前記ウェハ1の主面1aが鏡面,その裏面1bが粗面であっても,前記2つの基準平面15a,25aの平坦度の誤差に影響されずに精度よく前記ウェハ1の形状(厚み分布)を測定できる。また,前記2つの基準平面15a,25aは必ずしも理想平面である必要がないため,装置の低コスト化が実現できる。
【0016】
【実施例】
前記実施の携帯に係るウェハ形状測定装置Xで求められる前記ウェハ1の厚さ分布T(x,y)は未知のOffset量を含むものとなる。そこで,前記ウェハ1の任意位置での厚さを実測する厚さ測定器(前記絶対厚さ測定手段に相当)を設け,得られた厚さ実測値tを前記演算機31に入力すれば,前記厚さ実測値tに基づいて前記ウェハ1の絶対厚さ分布を求めることが可能である。即ち,前記厚さ分布T(x,y)のうち,前記厚さ実測値tの測定点での値が前記厚さ実測値tと一致するように,前記厚さ分布T(x,y)の各値を平行移動させればよい。
また,前記実施の形態では,前記ピエゾアクチュエータ17,27により,前記2つの基準平面15a,25aを,90°の位相ごとに4段階移動させているが,他の位相シフト方法(例えば,波長掃引等)であってもかまわない。さらに,前記2つの基準平面15a,25aを移動させるのではなく,前記ウェハ1をアクチュエータで移動させる構成としてもよい。
また,前記実施の形態では,前記ウェハ1の主面1a側の光学測定系10として,フィゾー干渉計を用いているが,前記ウェハ1の面に略垂直に光を照射する他の干渉計(例えば,マイケルソン干渉計等)であってもかまわない。
【0017】
【発明の効果】
以上説明したように,本発明によれば,ウェハの主面(鏡面)及びその裏面(粗面)それぞれに適した干渉計を配置してウェハの主面及び裏面の形状を測定するとともに,主面側の干渉計によって求めた主面側及び裏面側の2つの基準平面間の距離に基づいて,2つの基準平面それぞれの各位置ごとにその変位(凹凸)分が相殺されるので,求められるウェハの測定精度に対して2つの基準平面それぞれの平坦度が十分でない場合であっても,これに依存せず精度の高いウェハの形状測定を行うことが可能となる。
また,垂直入射光が用いられる主面側の干渉計とウェハとの間隔を確保できるので,斜入射干渉計をウェハ両面に近接させて測定する場合に比べ,ウェハを2つの基準平面の間へ挿入及び除去するハンドリングが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るウェハ形状測定装置Xの構成図。
【図2】本発明の実施の形態に係るウェハ形状測定装置Xにおける基準平面とウェハとの間及び2つの基準平面間の光路を模式的に表した図。
【図3】従来の斜入射干渉計Zによる基準平面とウェハとの間及び2つの基準平面間の光路を模式的に表した図。
【符号の説明】
1…ウェハ
10…主面側の光学測定系(フィゾー干渉計)
11…主面側発光器
12…測定光(主面側)
13…ハーフミラー
14,24,24’…コリメータレンズ
15…参照板
15a…主面側基準平面
16…主面側受光器
17,27…ピエゾアクチュエータ
20…裏面側の光学測定系(斜入射干渉計)
21…裏面側発光器
22…測定光(裏面側)
25…三角プリズム
25a…裏面側基準平面
26…裏面側受光器
30…ウェハ支持部
31…演算器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a shape measuring apparatus that measures the shape (thickness distribution) of a semiconductor wafer using an interferometer.
[0002]
[Prior art]
As a shape measuring apparatus for measuring the thickness distribution of a wafer such as semiconductor silicon, for example, there is one proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-241923 (Publication 1). In the shape measuring apparatus disclosed in the
T (x, y) = Lt (x, y) −La (x, y) −Lb (x, y) (1)
As a result, the displacement (unevenness) is canceled at each position (x, y) of each of the two reference planes, so that the flatness of each of the two reference planes can be obtained with respect to the required measurement accuracy of the wafer. Even if it is not sufficient, the wafer shape can be measured with high accuracy without depending on this.
That is, at a predetermined position (x0, y0) viewed from the direction perpendicular to the wafer surface, the reference planes on the main surface side and the back surface side have errors (unevenness) of Δa and Δb, respectively, with respect to the ideal plane. Assuming that the measurement distances La0 (= La (x0, y0)), Lb0 (= Lb (x0, y0)), and Lt0 (= Lt (x0, y0)) at the position are respectively expressed by the following equations: It is represented by
La0 = La0′−Δa
Lb0 = Lb0′−Δb (2)
Lt0 = Lt0′−Δa−Δb
Here, La0 ′, Lb0 ′, and Lt0 ′ are true distances corresponding to La0, Lb0, and Lt0 when the two reference planes are ideal planes. When this equation (2) is applied to the equation (1), the errors Δa and Δb are canceled out, and the true thickness of the wafer based on the ideal plane can be obtained.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the main semiconductor wafers currently used (hereinafter simply referred to as wafers) are mirror surfaces on the main surface, but the back surfaces are scattering surfaces (hereinafter referred to as rough surfaces) that have been subjected to etching or sandblasting. is there. When the Fizeau interferometer disclosed in the
On the other hand, an oblique incidence interferometer as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-81321 (Publication 2) is known as a method for performing interference measurement on a rough surface. The technique disclosed in the publication 2 irradiates parallel light obliquely on the wafer surface via a reference plane (reference surface) of a prism arranged close to the wafer, and reflects light from each of the wafer surface and the reference plane. The distance between the surface of the wafer and the reference plane is measured based on the interference fringe image formed in (1). If this is used, the reflectance can be increased even on a rough surface, and interference fringes sufficient for measurement can be obtained.
However, in the technique disclosed in the publication 2, since the parallel light is irradiated obliquely with respect to the wafer surface, the flatness of the reference plane of the prism affects the measurement accuracy. This will be described with reference to FIG.
[0004]
FIG. 3A is a diagram schematically showing an optical path when the distance between the reference plane and the wafer is measured by the conventional oblique incidence interferometer Z. FIG. As shown in FIG. 3A, consider a case where the oblique incidence interferometers are arranged on the
Now, it is assumed that the parallel light B obliquely applied to the
[0005]
However, since the thickness of the
FIG. 3B is a diagram schematically showing an optical path when the distance between the two
Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to provide the flatness of the reference plane of the interferometer even if the main surface of the wafer is a mirror surface and the back surface thereof is a rough surface. An object of the present invention is to provide a shape measuring apparatus and method that can accurately measure the shape (thickness distribution) of a wafer without being affected by errors.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention comprises means for forming two reference planes, a reference plane disposed on the main surface side of a wafer and a reference plane disposed close to the back surface side of the wafer, A main surface side light emitting means for irradiating parallel light substantially perpendicularly to the main surface of the wafer through a reference plane on the surface side; and the main surface of the wafer and the main surface side of the parallel light by the main surface side light emitting means Main surface side interference fringe image acquisition means for acquiring a first interference fringe image formed by reflected light from each of the reference planes, and a back surface side for obliquely irradiating the back surface of the wafer via the back surface reference plane A light-emitting unit, and a back-side interference fringe image acquisition unit that acquires a second interference fringe image formed by reflected light from the back surface of the wafer and the reference plane on the back side of the parallel light by the back-side light-emitting unit. , The wafer of the two reference planes The reference plane for acquiring the third interference fringe image formed by the reflected light from the reference plane on the back surface side and the reference plane on the main surface side of the parallel light by the main surface side light emitting means in a state removed from A shape measuring apparatus comprising: an interference fringe image acquiring unit; and a shape calculating unit for calculating a thickness distribution of the wafer based on the first to third interference fringe images.
[0007]
Here, the shape calculating means calculates the thickness distribution T (x, y) of the wafer based on the first interference fringe image and the distance between the main surface of the wafer and the reference plane on the main surface side. Obtained from La (x, y), the distance Lb (x, y) between the back surface of the wafer and the reference plane on the back surface side obtained based on the second interference fringe image, and the third interference fringe image. On the basis of the distance Lt (x, y) between the two reference planes to be calculated, the following equation can be used.
T (x, y) = Lt (x, y) −La (x, y) −Lb (x, y)
As a result, an interferometer suitable for each of the main surface (mirror surface) and the back surface (rough surface) of the wafer can be arranged to measure the shape of the main surface and back surface of the wafer, and the main surface obtained by the interferometer on the main surface side can be measured. Based on the distance between the two reference planes on the front side and the back side, the displacement (unevenness) is offset at each position of each of the two reference planes. Even when the flatness of each of the reference planes is not sufficient, it is possible to perform highly accurate wafer shape measurement without depending on this. Furthermore, on the main surface side where normal incident light is used, the distance between the reference plane on the main surface side and the wafer can be secured, so that the wafer is compared with the case where the reference plane using oblique incident light is measured close to both surfaces of the wafer. Can be easily inserted and removed between the two reference planes.
[0008]
And an absolute thickness measuring means for measuring the absolute thickness of at least one location of the wafer, wherein the shape calculating means is based on the absolute thickness measured by the absolute thickness measuring means. A distribution may be calculated.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that the present invention can be understood. It should be noted that the following embodiments and examples are examples embodying the present invention, and do not limit the technical scope of the present invention.
FIG. 1 is a block diagram of a wafer shape measuring apparatus X according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram between the reference plane and the wafer in the wafer shape measuring apparatus X according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram schematically showing an optical path between the reference planes, and FIG. 3 is a diagram schematically showing an optical path between the reference plane and the wafer by the conventional oblique incidence interferometer Z and between the two reference planes.
[0010]
Hereinafter, the wafer shape measuring apparatus X according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the wafer shape measuring apparatus X, two optical measuring systems 10 and 20 are arranged to face each other on both the
The optical measurement system 10 on the
[0011]
On the other hand, the optical measurement system 20 on the
[0012]
Interference fringe images obtained by the main surface
[0013]
Furthermore, in addition to the two interference fringe images a and b, the
[0014]
Next, the optical path of the parallel light when observing each of the interference fringe images a to c will be described with reference to FIG.
At the time of observation of the interference fringe image a (main surface), as shown in FIG. 2A, the light traveling from the predetermined incident position Q of the main surface
On the other hand, at the time of observation of the interference fringe image b (back surface), as shown in FIG. 2A, the light traveling from the predetermined incident position L of the back surface
At the time of observation of the interference fringe image c (between two reference planes), as shown in FIG. 2B, the
Accordingly, when the position M ′ on the
Further, the back surface
[0015]
Using the interference fringe images a to c obtained by the above measurement, the
First, based on the interference fringe image a, the distance La (x, y) between the main surface
The interference fringe image a obtained by the optical measurement system 10 on the
φa (x, y) = arctan {(I 0 −I 180 ) / (I 90 / I 270 )} (2)
When φa (x, y) obtained in this way is subjected to a predetermined unwrap process (the phase after processing is assumed to be φa ′ (x, y)), the distance La (x, y) is It is calculated | required by (3) Formula.
La (x, y) = (φa ′ (x, y) / 2π) × (λ / 2) (3)
The distance Lc (x, y) is also obtained in the same manner as the distance La (x, y).
Similarly, the interference fringe image b by the optical measurement system 20 on the
Lb (x, y) = (φb ′ (x, y) / 2π) × (λ / 2 × 1 / cos θ)
... (4)
Then, based on the three distances La (x, y), Lb (x, y), and Lt (x, y), the thickness distribution T (x, y) of the
The thickness distribution T (x, y) of the
[0016]
【Example】
The thickness distribution T (x, y) of the
In the embodiment, the two
In the embodiment, a Fizeau interferometer is used as the optical measurement system 10 on the
[0017]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an interferometer suitable for each of the main surface (mirror surface) and the back surface (rough surface) of the wafer is arranged to measure the shape of the main surface and back surface of the wafer, and Based on the distance between the two reference planes on the main surface side and the back surface obtained by the interferometer on the surface side, the displacement (unevenness) is canceled for each position of each of the two reference planes. Even if the flatness of each of the two reference planes is not sufficient with respect to the measurement accuracy of the wafer, the wafer shape can be measured with high accuracy without depending on this.
In addition, since the distance between the main surface side interferometer where normal incidence light is used and the wafer can be secured, the wafer is moved between two reference planes as compared with the case where the oblique incidence interferometer is measured close to both surfaces of the wafer. Easy handling for insertion and removal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a wafer shape measuring apparatus X according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an optical path between a reference plane and a wafer and between two reference planes in the wafer shape measuring apparatus X according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing an optical path between a reference plane and a wafer and between two reference planes by a conventional oblique incidence interferometer Z.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
11 ... Main surface
DESCRIPTION OF
21 ... Back side
25 ...
Claims (3)
前記主面側の基準平面を介して前記ウェハの主面に略垂直に平行光を照射する主面側発光手段と,
前記主面側発光手段による平行光の前記ウェハの主面及び前記主面側の基準平面それぞれからの反射光で形成される第1の干渉縞画像を取得する主面側干渉縞画像取得手段と,
前記裏面側の基準平面を介して前記ウェハの裏面に斜めに照射する裏面側発光手段と,
前記裏面側発光手段による平行光の前記ウェハの裏面及び前記裏面側の基準平面それぞれからの反射光で形成される第2の干渉縞画像を取得する裏面側干渉縞画像取得手段と,
前記ウェハを前記2つの基準平面の間から除去した状態で,前記主面側発光手段による平行光の前記裏面側の基準平面及び前記主面側の基準平面それぞれからの反射光で形成される第3の干渉縞画像を取得する基準平面干渉縞画像取得手段と,
前記第1乃至3の干渉縞画像に基づいて前記ウェハの厚さ分布を算出する形状算出手段と,
を具備してなることを特徴とする形状測定装置。Means for constituting two reference planes, a reference plane arranged on the main surface side of the wafer and a reference plane arranged close to the back side of the wafer;
A main surface side light emitting means for irradiating parallel light substantially perpendicularly to the main surface of the wafer via a reference plane on the main surface side;
Main surface side interference fringe image acquisition means for acquiring a first interference fringe image formed by reflected light from the main surface of the wafer and a reference plane on the main surface side of the parallel light by the main surface side light emitting means; ,
Backside light emitting means for irradiating the backside of the wafer obliquely through the backside reference plane;
Backside interference fringe image obtaining means for obtaining a second interference fringe image formed by reflected light from the backside of the wafer and the reference plane on the backside of the parallel light by the backside light emitting means;
In a state where the wafer is removed from between the two reference planes, the parallel light by the main surface side light emitting means is formed by reflected light from the reference plane on the back surface side and the reference plane on the main surface side. Reference plane interference fringe image acquisition means for acquiring three interference fringe images;
Shape calculating means for calculating a thickness distribution of the wafer based on the first to third interference fringe images;
A shape measuring apparatus comprising:
前記第1の干渉縞画像に基づき求められる前記ウェハの主面と前記主面側の基準平面との距離La(x,y)と,前記第2の干渉縞画像に基づき求められる前記ウェハの裏面と前記裏面側の基準平面との距離Lb(x,y)と,前記第3の干渉縞画像により求められる前記2つの基準平面の距離Lt(x,y)とに基づいて,次式により算出してなる請求項1に記載の形状測定装置。
T(x,y)=Lt(x,y)−La(x,y)−Lb(x,y)The shape calculation means calculates the thickness distribution T (x, y) of the wafer,
The distance La (x, y) between the main surface of the wafer and the reference plane on the main surface side obtained based on the first interference fringe image, and the back surface of the wafer obtained based on the second interference fringe image. And a distance Lb (x, y) between the reference plane on the back surface side and the distance Lt (x, y) between the two reference planes obtained from the third interference fringe image. The shape measuring apparatus according to claim 1.
T (x, y) = Lt (x, y) −La (x, y) −Lb (x, y)
前記形状算出手段が,前記絶対厚さ測定手段による前記絶対厚さに基づいて前記ウェハの絶対厚さ分布を算出してなる請求項1又は2のいずれかに記載の形状測定装置。Comprising an absolute thickness measuring means for measuring an absolute thickness of at least one location of the wafer;
The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the shape calculating unit calculates an absolute thickness distribution of the wafer based on the absolute thickness obtained by the absolute thickness measuring unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002136753A JP3907518B2 (en) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | Shape measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002136753A JP3907518B2 (en) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | Shape measuring device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003329414A JP2003329414A (en) | 2003-11-19 |
JP3907518B2 true JP3907518B2 (en) | 2007-04-18 |
Family
ID=29698696
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002136753A Expired - Fee Related JP3907518B2 (en) | 2002-05-13 | 2002-05-13 | Shape measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3907518B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5500462B2 (en) | 2009-05-21 | 2014-05-21 | 株式会社ニコン | Shape measuring apparatus, observation apparatus, and image processing method |
JP2016105060A (en) * | 2014-12-01 | 2016-06-09 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Surface shape measuring device of processing substrate |
FR3045813B1 (en) * | 2015-12-22 | 2020-05-01 | Unity Semiconductor | DEVICE AND METHOD FOR MEASURING HEIGHT IN THE PRESENCE OF THIN FILMS |
WO2022172532A1 (en) * | 2021-02-09 | 2022-08-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | Film thickness measuring device and film thickness measuring method |
CN112857238B (en) * | 2021-04-16 | 2022-11-29 | 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 | Interferometric measurement method for large-caliber parallel flat crystal thickness distribution |
-
2002
- 2002-05-13 JP JP2002136753A patent/JP3907518B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003329414A (en) | 2003-11-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1460374B1 (en) | Method and apparatus for measuring the shape and thickness variation of polished opaque plates | |
US6707559B2 (en) | Method of detecting posture of object and apparatus using the same | |
US7130059B2 (en) | Common-path frequency-scanning interferometer | |
EP1717546B1 (en) | Interferometer and method of calibrating the interferometer | |
US20110304854A1 (en) | Instantaneous, phase measuring interferometer apparatus and method | |
US20050057757A1 (en) | Low coherence grazing incidence interferometry systems and methods | |
JP2020016898A (en) | Alignment system | |
JP2008525801A (en) | Overlapping common optical path interferometer for two-plane measurement | |
TWI489081B (en) | Low coherence interferometry using encoder systems | |
WO2007087301A2 (en) | Interferometer system for monitoring an object | |
WO2003019111A1 (en) | Dynamic interferometric controlling direction of input beam | |
KR20100134609A (en) | Apparatus and method for measuring surface topography of an object | |
TWI452262B (en) | Interferometer system for simultaneous measurement of linear displacement and tilt angle | |
JP3907518B2 (en) | Shape measuring device | |
US20030210404A1 (en) | Method and apparatus for stage mirror mapping | |
KR100699317B1 (en) | System for measurement of thickness and surface profile | |
JP2017040583A (en) | Measurement device, lithographic device and article production method | |
JP4400985B2 (en) | Shape measuring device | |
TWI383466B (en) | An imprinting platform alignment and leveling measurement system | |
JP4100663B2 (en) | Absolute thickness measuring device | |
JP3714853B2 (en) | Planar shape measuring method in phase shift interference fringe simultaneous imaging device | |
JP3964260B2 (en) | Shape measuring device | |
JP4613310B2 (en) | Surface shape measuring device | |
JP5009709B2 (en) | Optical interference measurement device for thickness measurement | |
JP2004184194A (en) | Device and method for measuring shape |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050304 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061205 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070116 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070116 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110126 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120126 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130126 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130126 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |