JP4948009B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device film forming apparatus - Google Patents

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この発明は、例えば、蛍光X線膜厚測定法(XRF法)、X線反射率測定法(XRR法)やX線回折測定法(XRD法)のX線解析方法を利用した半導体デバイスの製造方法および成膜装置に関する。   The present invention is a semiconductor device manufacturing using an X-ray analysis method such as a fluorescent X-ray film thickness measurement method (XRF method), an X-ray reflectance measurement method (XRR method) or an X-ray diffraction measurement method (XRD method). The present invention relates to a method and a film forming apparatus.

近年、半導体デバイスの製造工程において、品質管理上或いは研究開発上、各種蒸着法、メッキ等により基板上に形成された薄膜の膜厚を測定することが要求されている。膜厚測定方法としては、破壊式のもの、非破壊式のものがあり、非破壊式のものとしては、例えば、蛍光X線による方法、β線による方法、渦電流法等が知られている。   In recent years, in the manufacturing process of semiconductor devices, it is required to measure the film thickness of a thin film formed on a substrate by various vapor deposition methods, plating, or the like for quality control or research and development. As a film thickness measuring method, there are a destructive type and a non-destructive type. As the non-destructive type, for example, a fluorescent X-ray method, a β-ray method, an eddy current method and the like are known. .

非破壊式の膜厚測定方法として、蛍光X線による膜厚測定方法(XRF法)は、精度、操作の簡便性等の利点が多く、代表的なものとされている(例えば、特開平10−221047号公報:特許文献1参照)。   As a nondestructive film thickness measurement method, a film thickness measurement method using fluorescent X-rays (XRF method) has many advantages such as accuracy and ease of operation, and is regarded as a representative one (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-101). No.-221047: refer to Patent Document 1).

この蛍光X線による方法は、金属の皮膜試料の一定面積にX線を照射し、発生する蛍光X線の強度が、金属の皮膜の厚さに比例することを原理とするもので、予め厚さが既知の標準膜厚板を用いて、厚みと蛍光X線の強度との関係を検量線として記憶しておき、未知の厚みの試料から得られる蛍光X線の強度と検量線とによって、膜厚測定するものであった。   This fluorescent X-ray method is based on the principle that a certain area of a metal film sample is irradiated with X-rays, and the intensity of the generated fluorescent X-ray is proportional to the thickness of the metal film. Using a standard thickness plate with a known thickness, the relationship between the thickness and the intensity of fluorescent X-rays is stored as a calibration curve, and by the intensity and calibration curve of fluorescent X-rays obtained from a sample of unknown thickness, The film thickness was measured.

蛍光X線膜厚測定法は、膜厚範囲が数nmから数μmの範囲に有効であるが、標準薄膜が不要な方法として、X線を薄膜試料の一定面積にX線を照射し、X線の表面反射強度から簿膜の膜種区分、膜厚値等が測定できるX線反射率測定法(XRR法)が知られている。   The fluorescent X-ray film thickness measurement method is effective when the film thickness is in the range of several nm to several μm. However, as a method that does not require a standard thin film, X-rays are irradiated to a certain area of a thin film sample, An X-ray reflectivity measurement method (XRR method) that can measure the film type classification, film thickness value, etc. of the book film from the surface reflection intensity of the wire is known.

更に、X線を皮膜試料の一定面積にX線を照射し、当物質の原子の配列により生ずるX線回折光を利用して、対象物質の結晶性、面指数等を読み取ることができるX線回折測定法(XRD法)も多用されている。   Furthermore, X-rays that can irradiate X-rays to a certain area of the film sample and read the crystallinity, surface index, etc. of the target substance using X-ray diffracted light generated by the arrangement of atoms of the substance. A diffraction measurement method (XRD method) is also frequently used.

蛍光X線膜厚測定法(XRF法)、X線反射率測定法(XRR法)およびX線回折測定法(XRD法)の3種の方法での薄膜分析は、装置が各々別々に区分けされており、同じサンプルで膜種区分、膜質、膜厚、結晶性といった膜特性の分析および解析をするには、解析側として大きな手間がかかる。また、これら測定方法に応じて、膜種、測定膜厚範囲に制限区分があり、このことも測定値の信頼性を揺るがす結果となってきた。   Thin film analysis by three methods, fluorescent X-ray film thickness measurement method (XRF method), X-ray reflectivity measurement method (XRR method), and X-ray diffraction measurement method (XRD method), each device is divided separately. In order to analyze and analyze film characteristics such as film type classification, film quality, film thickness, and crystallinity using the same sample, it takes a lot of labor on the analysis side. In addition, depending on these measurement methods, there are restriction categories for the film type and the measurement film thickness range, and this also results in shaking the reliability of the measurement values.

これら測定法については、主に半導体デバイスなどの製造工程で用いられる成膜装置やデバイスの管理技術として用いられてきたが、製品出荷を前提としたデバイスそのものを測定するのではなく、デバイスの代用として、回路パターンの無い基板上に単に成膜したモニターウエハを測定して、成膜装置の管理やデバイス管理を行ってきた。   These measurement methods have been used mainly for film deposition equipment and device management technology used in the manufacturing process of semiconductor devices, but instead of measuring the device itself on the premise of product shipment, it is a substitute for the device. As described above, the monitor wafer simply formed on the substrate without the circuit pattern is measured, and the film forming apparatus and the device are managed.

しかしながら、このような方法では、製品出荷を前提としたデバイス自体そのものを測定しているわけではないため、モニターウエハからの結果をデバイス製造管理として使うことは、定期的なモニタリング作業を製造工程に挿入することになり、成膜装置の稼働率の低下やモニタリング作業に伴うコスト(人件費や材料費)の増大に繋がってしまう。また、これらモニタリング結果を成膜装置にフィードバックするにあたって、リアルタイムでのフィードバックは不可能であり、成膜装置異常を検知するのにタイムロスがあり、不良デバイスの流出という結果を招いてしまう。   However, this method does not measure the device itself on the premise that the product is shipped, so using the results from the monitor wafer as device manufacturing management means that regular monitoring work is added to the manufacturing process. This will lead to a decrease in the operating rate of the film forming apparatus and an increase in costs (personnel costs and material costs) associated with the monitoring work. Further, when feeding back these monitoring results to the film forming apparatus, real-time feedback is impossible, and there is a time loss in detecting an abnormality in the film forming apparatus, resulting in outflow of defective devices.

また、上記特許文献1に開示されているX線測定装置では、蛍光X線による膜厚測定方法(XRF法)を、広い範囲での膜厚の薄膜測定に対応可能としたものであるが、通常の蛍光X線膜厚測定法(XRF法)のものよりも、膜厚の測定範囲が上限方向(3μm以上)に拡大されたものであり、下限方向への拡大はなされておらず、半導体集積回路などの前半製造工程で要求される薄膜化されたデバイスそのものの測定には、対応が難しいものである。   Further, in the X-ray measurement apparatus disclosed in Patent Document 1, the film thickness measurement method (XRF method) using fluorescent X-rays is applicable to thin film measurement of film thickness in a wide range. The measurement range of the film thickness is expanded in the upper limit direction (3 μm or more) than that of the usual fluorescent X-ray film thickness measurement method (XRF method), and the semiconductor layer is not expanded in the lower limit direction. It is difficult to measure the thin film device itself required in the first half manufacturing process of an integrated circuit or the like.

また、基板薄膜へのX線照射スポット径は、10mmであり、デバイス測定を対象とした場合、特定エリアのみにX線を照射できず、その特定エリアのみのX線測定結果を取得することができず、広範囲部分でのX線照射となり、特定エリア以外の不要な情報を含んでしまう結果となる。   Moreover, the X-ray irradiation spot diameter to a board | substrate thin film is 10 mm, When a device measurement is made object, X-rays cannot be irradiated only to a specific area, but the X-ray measurement result only of the specific area can be acquired. This is not possible, and X-ray irradiation is performed in a wide area, resulting in including unnecessary information other than the specific area.

さらに、このX線測定装置の特性上、デバイス基板に対するパターン認識機能が装着されておらず、基板上の特定エリアにX線照射を自動的に移動させ、正確に位置合わせすることも不可能である。   Furthermore, due to the characteristics of this X-ray measurement device, the pattern recognition function for the device substrate is not installed, and it is impossible to automatically move the X-ray irradiation to a specific area on the substrate for accurate alignment. is there.

これら性能から考慮して、上記特許文献1に開示されているX線測定装置での運用方法としては、あくまでモニタリング基板を対象とした測定であり、製品出荷を前提としたデバイス自体そのものを測定できず、モニターウエハでのデバイス管理となる。
特開平10−221047号公報
Considering these performances, the operation method in the X-ray measurement apparatus disclosed in Patent Document 1 is a measurement for the monitoring substrate only, and the device itself can be measured on the premise of product shipment. First, device management is performed on the monitor wafer.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-221047

そこで、この発明の課題は、上記半導体デバイスの膜の特性をインラインで測定して、定期的なモニタリング作業を不要にした半導体デバイスの製造方法および成膜装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a film forming apparatus in which the characteristics of the film of the semiconductor device are measured in-line, and a periodic monitoring operation is unnecessary.

上記課題を解決するため、この発明の半導体デバイスの製造方法は、
基板上に複数の膜を積層して成膜する成膜工程と、
上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアの位置を示す上記特定エリアとは別の位置に設けられたパターンを画像として認識し、このパターンに基づいて上記特定エリアの位置を求め、この特定エリアにX線のスポットを移動してから、この特定エリアのみの上記複数の膜に、X線を1μm以上から50μm以下のスポット径で照射して、X線反射率測定によって、上記各膜の特性を測定する測定工程と、
上記各膜の特性に基づいて上記成膜工程での上記複数の膜の成膜状態を管理する管理工程と
を備え
記特定エリアは、上記基板の平坦なダイシング部に形成されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes:
A film forming step of stacking a plurality of films on a substrate;
A pattern formed on the substrate and indicating a position of the specific area on the substrate is recognized as an image, and a position of the specific area is obtained based on the pattern. After moving the X-ray spot to the area, X-rays are irradiated with a spot diameter of 1 μm or more to 50 μm or less on the plurality of films only in this specific area, and the X-ray reflectivity measurement is performed. A measurement process for measuring characteristics;
A management step of managing the film formation state of the plurality of films in the film formation step based on the characteristics of each film ,
Upper Symbol specific area is characterized by being formed into a flat dicing portion of the substrate.

この発明の半導体デバイスの製造方法によれば、上記測定工程では、上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアを示すパターンを認識し、この特定エリアのみの上記複数の膜に、X線を100μm以下のスポット径で照射して、X線反射率測定によって、上記各膜の特性を測定するので、半導体デバイスの上記膜の特性をインラインで測定できる。したがって、各半導体デバイスの品質を向上できる。   According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, in the measurement step, a pattern formed on the substrate and indicating a specific area on the substrate is recognized, and X-rays are applied to the plurality of films only in the specific area. Irradiation is performed with a spot diameter of 100 μm or less, and the characteristics of each film are measured by X-ray reflectivity measurement. Therefore, the characteristics of the film of the semiconductor device can be measured inline. Therefore, the quality of each semiconductor device can be improved.

また、インラインで測定された上記各膜の特性に基づいて上記成膜工程での上記複数の膜の成膜状態を管理するので、管理精度が向上する。同時に、定期モニタリング作業が不要になって、半導体デバイスの生産性が向上すると共に、定期モニタリングで必要であった人員コストおよび材料コストも不要になって、コストを大幅に低減できる。
また、上記X線のスポット径は、1μm以上から50μm以下であるので、上記X線を、例えば上記基板のダイシング部のみに、確実に照射できる。したがって、上記X線を平坦な上記ダイシング部に照射して、上記ダイシング部から強い反射信号を得ることができて、上記膜の特性を確実に測定できる。
また、上記特定エリアは、上記基板のダイシング部に形成されているので、上記X線を平坦な上記ダイシング部に照射して、上記ダイシング部から強い反射信号を得ることができて、上記膜の特性を確実に測定できる。
Further, since the film forming states of the plurality of films in the film forming process are managed based on the characteristics of each film measured in-line, the management accuracy is improved. At the same time, periodic monitoring work is not required, so that the productivity of the semiconductor device is improved, and the personnel cost and material cost required for the periodic monitoring are also unnecessary, so that the cost can be greatly reduced.
Further, since the spot diameter of the X-ray is 1 μm or more and 50 μm or less, the X-ray can be reliably irradiated, for example, only to the dicing portion of the substrate. Therefore, the flat X-ray dicing part can be irradiated to obtain a strong reflection signal from the dicing part, and the film characteristics can be reliably measured.
Further, since the specific area is formed in the dicing portion of the substrate, the flat X-ray dicing portion can be irradiated to obtain a strong reflected signal from the dicing portion, The characteristics can be measured reliably.

また、一実施形態の半導体デバイスの製造方法では、上記膜の特性は、膜種区分、膜厚、膜密度、ラフネス状態および結晶性のうちの少なくとも一つを含む。   In one embodiment of the semiconductor device manufacturing method, the film characteristics include at least one of film type classification, film thickness, film density, roughness state, and crystallinity.

この実施形態の半導体デバイスの製造方法によれば、上記膜の特性は、膜種区分、膜厚、膜密度、ラフネス状態および結晶性のうちの少なくとも一つを含むので、一回の測定で一度に少なくとも一項目の特性を測定できる。   According to the semiconductor device manufacturing method of this embodiment, the characteristics of the film include at least one of film type classification, film thickness, film density, roughness state, and crystallinity. At least one characteristic can be measured.

また、一実施形態の半導体デバイスの製造方法では、上記管理工程は、上記膜の特性に基づいて上記成膜工程での上記膜の成膜条件を制御することを含む。   In one embodiment of the semiconductor device manufacturing method, the management step includes controlling film formation conditions of the film in the film formation step based on characteristics of the film.

この実施形態の半導体デバイスの製造方法によれば、上記管理工程は、上記膜の特性に基づいて上記成膜工程での上記膜の成膜条件を制御することを含むので、上記膜の特性の測定を、上記成膜工程に、リアルタイムにフィードバックできて、自動補正等によって、製造プロセスの精度を一層向上できる。   According to the semiconductor device manufacturing method of this embodiment, the management step includes controlling the film formation conditions of the film in the film formation step based on the characteristics of the film. The measurement can be fed back to the film forming process in real time, and the accuracy of the manufacturing process can be further improved by automatic correction or the like.

また、この発明の半導体デバイスの製造方法は、
基板上に少なくとも一つの膜を成膜してアニール処理する成膜工程と、
上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアの位置を示す上記特定エリアとは別の位置に設けられたパターンを画像として認識し、このパターンに基づいて上記特定エリアの位置を求め、この特定エリアにX線のスポットを移動してから、この特定エリアのみの上記膜に、X線を1μm以上から50μm以下のスポット径で照射して、X線回折測定によって、上記膜の結晶性を測定する測定工程と、
上記膜の結晶性に基づいて上記成膜工程での上記膜のアニール状態を管理する管理工程と
を備え
記特定エリアは、上記基板の平坦なダイシング部に形成されていることを特徴としている。
In addition, the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention,
A film forming step of forming at least one film on the substrate and performing an annealing process;
A pattern formed on the substrate and indicating a position of the specific area on the substrate is recognized as an image, and a position of the specific area is obtained based on the pattern. After moving the X-ray spot to the area, the film of this specific area is irradiated with X-rays with a spot diameter of 1 μm to 50 μm and the crystallinity of the film is measured by X-ray diffraction measurement. Measuring process to
A management step of managing the annealing state of the film in the film formation step based on the crystallinity of the film ,
Upper Symbol specific area is characterized by being formed into a flat dicing portion of the substrate.

この発明の半導体デバイスの製造方法によれば、上記測定工程では、上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアを示すパターンを認識し、この特定エリアのみの上記膜に、X線を100μm以下のスポット径で照射して、X線回折測定によって、上記膜の結晶性を測定するので、半導体デバイスの上記膜の結晶性をインラインで測定できる。したがって、各半導体デバイスの品質を向上できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the measurement step, a pattern formed on the substrate and indicating a specific area on the substrate is recognized, and X-rays of 100 μm or less are applied to the film only in the specific area. Since the crystallinity of the film is measured by X-ray diffraction measurement, the crystallinity of the film of the semiconductor device can be measured in-line. Therefore, the quality of each semiconductor device can be improved.

また、インラインで測定された上記膜の結晶性に基づいて上記成膜工程での上記膜のアニール状態を管理するので、管理精度が向上する。同時に、定期モニタリング作業が不要になって、半導体デバイスの生産性が向上すると共に、定期モニタリングで必要であった人員コストおよび材料コストも不要になって、コストを大幅に低減できる。
また、上記X線のスポット径は、1μm以上から50μm以下であるので、上記X線を、例えば上記基板のダイシング部のみに、確実に照射できる。したがって、上記X線を平坦な上記ダイシング部に照射して、上記ダイシング部から強い反射信号を得ることができて、上記膜の特性を確実に測定できる。
また、上記特定エリアは、上記基板のダイシング部に形成されているので、上記X線を平坦な上記ダイシング部に照射して、上記ダイシング部から強い反射信号を得ることができて、上記膜の特性を確実に測定できる。
Further, since the annealing state of the film in the film forming process is managed based on the crystallinity of the film measured in-line, the management accuracy is improved. At the same time, periodic monitoring work is not required, so that the productivity of the semiconductor device is improved, and the personnel cost and material cost required for the periodic monitoring are also unnecessary, so that the cost can be greatly reduced.
Further, since the spot diameter of the X-ray is 1 μm or more and 50 μm or less, the X-ray can be reliably irradiated, for example, only to the dicing portion of the substrate. Therefore, the flat X-ray dicing part can be irradiated to obtain a strong reflection signal from the dicing part, and the film characteristics can be reliably measured.
Further, since the specific area is formed in the dicing portion of the substrate, the flat X-ray dicing portion can be irradiated to obtain a strong reflected signal from the dicing portion, The characteristics can be measured reliably.

また、この発明の半導体デバイスの製造方法は、
基板上に少なくとも一つの膜を成膜する成膜工程と、
上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアの位置を示す上記特定エリアとは別の位置に設けられたパターンを画像として認識し、このパターンに基づいて上記特定エリアの位置を求め、この特定エリアにX線のスポットを移動してから、この特定エリアのみの上記膜に、X線を1μm以上から50μm以下のスポット径で照射して、X線反射率測定によって、上記基板の反り量を測定する測定工程と、
上記基板の反り量に基づいて上記成膜工程での上記膜の成膜状態を管理する管理工程と
を備え
記特定エリアは、上記基板の平坦なダイシング部に形成されていることを特徴としている。
In addition, the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention,
A film forming step of forming at least one film on the substrate;
A pattern formed on the substrate and indicating a position of the specific area on the substrate is recognized as an image, and a position of the specific area is obtained based on the pattern. After moving the X-ray spot to the area, the film of only this specific area is irradiated with X-rays with a spot diameter of 1 μm or more to 50 μm or less , and the amount of warpage of the substrate is determined by measuring the X-ray reflectivity. Measuring process to measure,
A management step of managing the film formation state of the film in the film formation step based on the amount of warpage of the substrate ,
Upper Symbol specific area is characterized by being formed into a flat dicing portion of the substrate.

この発明の半導体デバイスの製造方法によれば、上記測定工程では、上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアを示すパターンを認識し、この特定エリアのみの上記膜に、X線を100μm以下のスポット径で照射して、X線反射率測定によって、上記基板の反り量を測定するので、半導体デバイスの上記基板の反り量をインラインで測定できる。したがって、各半導体デバイスの品質を向上できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the measurement step, a pattern formed on the substrate and indicating a specific area on the substrate is recognized, and X-rays of 100 μm or less are applied to the film only in the specific area. Since the amount of warpage of the substrate is measured by X-ray reflectivity measurement, the amount of warpage of the substrate of the semiconductor device can be measured in-line. Therefore, the quality of each semiconductor device can be improved.

また、インラインで測定された上記基板の反り量に基づいて上記成膜工程での上記膜の成膜状態を管理するので、管理精度が向上する。同時に、定期モニタリング作業が不要になって、半導体デバイスの生産性が向上すると共に、定期モニタリングで必要であった人員コストおよび材料コストも不要になって、コストを大幅に低減できる。
また、上記X線のスポット径は、1μm以上から50μm以下であるので、上記X線を、例えば上記基板のダイシング部のみに、確実に照射できる。したがって、上記X線を平坦な上記ダイシング部に照射して、上記ダイシング部から強い反射信号を得ることができて、上記膜の特性を確実に測定できる。
また、上記特定エリアは、上記基板のダイシング部に形成されているので、上記X線を平坦な上記ダイシング部に照射して、上記ダイシング部から強い反射信号を得ることができて、上記膜の特性を確実に測定できる。
Further, since the film forming state of the film in the film forming process is managed based on the amount of warpage of the substrate measured in-line, the management accuracy is improved. At the same time, periodic monitoring work is not required, so that the productivity of the semiconductor device is improved, and the personnel cost and material cost required for the periodic monitoring are also unnecessary, so that the cost can be greatly reduced.
Further, since the spot diameter of the X-ray is 1 μm or more and 50 μm or less, the X-ray can be reliably irradiated, for example, only to the dicing portion of the substrate. Therefore, the flat X-ray dicing part can be irradiated to obtain a strong reflection signal from the dicing part, and the film characteristics can be reliably measured.
Further, since the specific area is formed in the dicing portion of the substrate, the flat X-ray dicing portion can be irradiated to obtain a strong reflected signal from the dicing portion, The characteristics can be measured reliably.

また、この発明の半導体デバイスの成膜装置は、
基板上に少なくとも一つの膜を成膜する成膜部と、
蛍光X線膜厚測定機能、X線反射率測定機能、および、X線回折測定機能の少なくとも一つの測定機能を有すると共に、上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアの位置を示す上記特定エリアとは別の位置に設けられたパターンを画像として認識し、このパターンに基づいて上記特定エリアの位置を求め、この特定エリアにX線のスポットを移動してから、この特定エリアのみの上記膜に、X線を1μm以上から50μm以下のスポット径で照射して、上記少なくとも一つの測定機能によって、上記膜の特性を測定する測定部と
を備え
記特定エリアは、上記基板の平坦なダイシング部に形成されていることを特徴としている。
In addition, the semiconductor device deposition apparatus of the present invention is
A film forming unit for forming at least one film on the substrate;
The above-mentioned specification that has at least one measurement function of a fluorescent X-ray film thickness measurement function, an X-ray reflectivity measurement function, and an X-ray diffraction measurement function and that indicates the position of a specific area on the substrate that is formed on the substrate A pattern provided at a position different from the area is recognized as an image, the position of the specific area is obtained based on the pattern, an X-ray spot is moved to the specific area, and then only the specific area is A measurement unit that irradiates the film with X-rays with a spot diameter of 1 μm or more and 50 μm or less , and measures the characteristics of the film by the at least one measurement function ;
Upper Symbol specific area is characterized by being formed into a flat dicing portion of the substrate.

この発明の半導体デバイスの成膜装置によれば、上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアを示すパターンを認識し、この特定エリアのみの上記膜に、X線を100μm以下のスポット径で照射して、上記少なくとも一つの測定機能によって、上記膜の特性を測定する測定部を備えるので、半導体デバイスの上記膜の特性をインラインで測定できる。したがって、各半導体デバイスの品質を向上できる。   According to the film forming apparatus for a semiconductor device of the present invention, a pattern formed on the substrate and indicating a specific area on the substrate is recognized, and X-rays with a spot diameter of 100 μm or less are applied to the film only on the specific area. Since the measurement unit that irradiates and measures the characteristics of the film by the at least one measurement function is provided, the characteristics of the film of the semiconductor device can be measured in-line. Therefore, the quality of each semiconductor device can be improved.

また、上記膜の特性をインラインで測定できるので、定期モニタリング作業が不要になって、半導体デバイスの生産性が向上すると共に、定期モニタリングで必要であった人員コストおよび材料コストも不要になって、コストを大幅に低減できる。
また、上記X線のスポット径は、1μm以上から50μm以下であるので、上記X線を、例えば上記基板のダイシング部のみに、確実に照射できる。したがって、上記X線を平坦な上記ダイシング部に照射して、上記ダイシング部から強い反射信号を得ることができて、上記膜の特性を確実に測定できる。
また、上記特定エリアは、上記基板のダイシング部に形成されているので、上記X線を平坦な上記ダイシング部に照射して、上記ダイシング部から強い反射信号を得ることができて、上記膜の特性を確実に測定できる。
In addition, since the characteristics of the film can be measured in-line, periodic monitoring work is no longer necessary, and the productivity of semiconductor devices is improved, and the personnel costs and material costs required for periodic monitoring are also eliminated. Cost can be greatly reduced.
Further, since the spot diameter of the X-ray is 1 μm or more and 50 μm or less, the X-ray can be reliably irradiated, for example, only to the dicing portion of the substrate. Therefore, the flat X-ray dicing part can be irradiated to obtain a strong reflection signal from the dicing part, and the film characteristics can be reliably measured.
Further, since the specific area is formed in the dicing portion of the substrate, the flat X-ray dicing portion can be irradiated to obtain a strong reflected signal from the dicing portion, The characteristics can be measured reliably.

また、一実施形態の半導体デバイスの成膜装置では、上記膜の特性に基づいて上記成膜部を制御する制御部を備える。   The semiconductor device deposition apparatus according to an embodiment includes a control unit that controls the deposition unit based on the characteristics of the film.

この実施形態の半導体デバイスの成膜装置によれば、上記膜の特性に基づいて上記成膜部を制御する制御部を備えるので、上記膜の特性の測定を、上記成膜部に、リアルタイムにフィードバックできて、自動補正等によって、製造プロセスの精度を一層向上できる。   According to the semiconductor device film forming apparatus of this embodiment, since the control unit that controls the film forming unit based on the characteristics of the film is provided, the measurement of the film characteristics is performed in real time on the film forming unit. Feedback can be provided and the accuracy of the manufacturing process can be further improved by automatic correction or the like.

また、一実施形態の半導体デバイスの成膜装置では、上記測定部は、上記蛍光X線膜厚測定機能、上記X線反射率測定機能、および、上記X線回折測定機能の全ての測定機能を有する。   In one embodiment of the semiconductor device deposition apparatus, the measurement unit has all the measurement functions of the fluorescent X-ray film thickness measurement function, the X-ray reflectivity measurement function, and the X-ray diffraction measurement function. Have.

この実施形態の半導体デバイスの成膜装置によれば、上記測定部は、上記蛍光X線膜厚測定機能、上記X線反射率測定機能、および、上記X線回折測定機能の全ての測定機能を有するので、測定される上記膜が、単層金属膜、多層金属膜、単層絶縁膜および多層絶縁膜のいずれの膜であっても、フレキシブルに対応して測定できる。   According to the semiconductor device deposition apparatus of this embodiment, the measurement unit has all the measurement functions of the fluorescent X-ray film thickness measurement function, the X-ray reflectivity measurement function, and the X-ray diffraction measurement function. Therefore, even if the film to be measured is any one of a single layer metal film, a multilayer metal film, a single layer insulating film, and a multilayer insulating film, the film can be measured in a flexible manner.

また、一実施形態の半導体デバイスの成膜装置では、
上記基板を収納するカセット部と、
上記カセット部から上記成膜部へ上記基板を搬送し、この成膜部で成膜された上記基板を上記測定部へ搬送する搬送部と
を備える。
In the semiconductor device deposition apparatus of one embodiment,
A cassette section for storing the substrate;
A transport unit that transports the substrate from the cassette unit to the film forming unit and transports the substrate formed by the film forming unit to the measurement unit.

この実施形態の半導体デバイスの成膜装置によれば、上記カセット部と上記搬送部とを備えるので、上記基板を搬送するときに、上記基板への異物等の付着を防止できる。また、上記搬送部を備えるので、上記成膜部と上記測定部との間の搬送距離を短くできて、工程時間も短くなる。   According to the semiconductor device film forming apparatus of this embodiment, since the cassette unit and the transfer unit are provided, it is possible to prevent foreign substances and the like from adhering to the substrate when the substrate is transferred. Moreover, since the said conveyance part is provided, the conveyance distance between the said film-forming part and the said measurement part can be shortened, and process time also becomes short.

この発明の半導体デバイスの製造方法によれば、上記測定工程では、上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアを示すパターンを認識し、この特定エリアのみの上記膜に、X線を100μm以下のスポット径で照射して、X線反射率測定やX線回折測定によって、上記膜の特性を測定するので、上記半導体デバイスの膜の特性をインラインで測定して、定期的なモニタリング作業を不要にできる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the measurement step, a pattern formed on the substrate and indicating a specific area on the substrate is recognized, and X-rays of 100 μm or less are applied to the film only in the specific area. Irradiate with the spot diameter of the above, and measure the characteristics of the film by X-ray reflectivity measurement and X-ray diffraction measurement, so the film characteristics of the semiconductor device is measured in-line, eliminating the need for regular monitoring work Can be.

この発明の半導体デバイスの成膜装置によれば、上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアを示すパターンを認識し、この特定エリアのみの上記膜に、X線を100μm以下のスポット径で照射して、上記少なくとも一つの測定機能によって、上記膜の特性を測定する測定部を備えるので、上記半導体デバイスの膜の特性をインラインで測定して、定期的なモニタリング作業を不要にできる。   According to the film forming apparatus for a semiconductor device of the present invention, a pattern formed on the substrate and indicating a specific area on the substrate is recognized, and X-rays with a spot diameter of 100 μm or less are applied to the film only on the specific area. Irradiation and the measurement unit for measuring the characteristics of the film by the at least one measurement function are provided, so that the characteristics of the film of the semiconductor device can be measured in-line, and periodic monitoring work can be eliminated.

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

(第1の実施形態)
図1は、この発明の半導体デバイスの製造方法に用いられるX線測定装置の一実施形態である簡略斜視図を示している。このX線測定装置10は、仮想線で囲むクリーンな雰囲気内に、ステージ機構2、X線照射光学系3、撮像部4、X線検出器5および蛍光X線検出器6を有している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a simplified perspective view showing an embodiment of an X-ray measuring apparatus used in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. This X-ray measuring apparatus 10 has a stage mechanism 2, an X-ray irradiation optical system 3, an imaging unit 4, an X-ray detector 5, and a fluorescent X-ray detector 6 in a clean atmosphere surrounded by virtual lines. .

上記ステージ機構2は、基板(ウエハ)1を載置する。上記X線照射光学系3は、X線マイクロスポット照射機能を有する。上記撮像部4は、例えば、CCD等であり、X線測定するための特定のデバイスパターンを認識する機能を有する。上記X線検出器5は、X線反射率測定(XRR)機能及びX線回折測定(XRD)機能を有する。上記蛍光X線検出器6は、蛍光X線膜厚測定(XRF)機能を有する。   The stage mechanism 2 places a substrate (wafer) 1 thereon. The X-ray irradiation optical system 3 has an X-ray microspot irradiation function. The imaging unit 4 is a CCD or the like, for example, and has a function of recognizing a specific device pattern for X-ray measurement. The X-ray detector 5 has an X-ray reflectivity measurement (XRR) function and an X-ray diffraction measurement (XRD) function. The fluorescent X-ray detector 6 has a fluorescent X-ray film thickness measurement (XRF) function.

上記ステージ機構2は、上記基板1を水平面内でZ軸を中心に回転する(図示しない)Z軸回転ステージと、XY方向に移動する(図2に示す)XYステージ22と、Z方向に移動する(図2に示す)Zステージ23とを有する。   The stage mechanism 2 moves the substrate 1 in the horizontal plane around the Z axis (not shown), a Z axis rotating stage (not shown), an XY stage 22 (shown in FIG. 2), and a Z direction. And a Z stage 23 (shown in FIG. 2).

次に、上記X線測定装置10についてさらに具体的に説明する。   Next, the X-ray measurement apparatus 10 will be described more specifically.

図2の簡略構成図に示すように、上記ステージ機構2は、上記基板1を載置する試料台21と、この試料台21をベース25に対して、XY方向に移動するXYステージ22およびZ方向に移動するZステージ23を有する。   As shown in the simplified configuration diagram of FIG. 2, the stage mechanism 2 includes a sample stage 21 on which the substrate 1 is placed, an XY stage 22 and a Z that move the sample stage 21 with respect to the base 25 in the XY directions. It has a Z stage 23 that moves in the direction.

上記ステージ機構2は、さらに、上記基板1の表面のZ軸を中心に回転する(図示しない)Z軸回転ステージと、上記基板1の表面のX軸を中心に回転する(図示しない)X軸回転ステージと、上記基板1の表面のY軸を中心に回転するY軸回転ステージ24とを有する。なお、上記Z軸回転ステージ、上記X軸回転ステージおよび上記Y軸回転ステージ24は、必須の構成ではない。   The stage mechanism 2 further rotates a Z-axis rotation stage (not shown) that rotates around the Z-axis of the surface of the substrate 1 and an X-axis that rotates around the X-axis of the surface of the substrate 1 (not shown). A rotation stage and a Y-axis rotation stage 24 that rotates around the Y-axis of the surface of the substrate 1 are provided. The Z-axis rotation stage, the X-axis rotation stage, and the Y-axis rotation stage 24 are not essential components.

上記X線照射光学系3は、1次X線B1を出射するX線管31と、このX線管31の1次X線B1を上記基板1の表面に収束する集光素子32と、上記基板1の回路パターン部に1次X線B1が照射されるのを防止するシャッタ34とを有する。   The X-ray irradiation optical system 3 includes an X-ray tube 31 that emits primary X-rays B1, a condensing element 32 that converges the primary X-rays B1 of the X-ray tube 31 on the surface of the substrate 1, and the above And a shutter 34 that prevents the circuit pattern portion of the substrate 1 from being irradiated with the primary X-rays B1.

上記X線管31は、点状の1次X線源31aを有し、上記X線管31のターゲット上の点状焦点で、実効焦点サイズ(上記集光素子32から見込んだ幅)は、1μm以上から100μm以下(好ましくは、1μm以上から50μm以下)の範囲である。   The X-ray tube 31 has a point-shaped primary X-ray source 31a, and the effective focal spot size (the width expected from the light collecting element 32) is a point-like focal point on the target of the X-ray tube 31. The range is from 1 μm to 100 μm (preferably from 1 μm to 50 μm).

上記集光素子32は、上記X線管31と上記基板1との間のX線の経路に配置され、1次X線B1の照射領域を幅1μm以上から100μm以下(好ましくは、1μm以上から50μm以下)の範囲の点状に収束させる。   The condensing element 32 is disposed in an X-ray path between the X-ray tube 31 and the substrate 1, and an irradiation region of the primary X-ray B 1 has a width of 1 μm to 100 μm (preferably from 1 μm or more). (50 μm or less).

上記集光素子32は、例えば、ミラーまたは分光素子であり、上記集光素子32の反射面32aは、楕円柱面またはその近似としての円柱面である。   The condensing element 32 is, for example, a mirror or a spectroscopic element, and the reflecting surface 32a of the condensing element 32 is an elliptic cylinder surface or a cylindrical surface as an approximation thereof.

上記集光素子32がミラーであり、上記X線源31aからのX線の入射角がごく浅くて上記反射面32aでの反射が、全反射となるような場合、上記反射面32aとして、楕円柱面の近似として球面を用いることができる。もちろん、上記集光素子32として、2次元の集光素子を用いることができる。   When the condensing element 32 is a mirror and the incident angle of the X-ray from the X-ray source 31a is very shallow and the reflection at the reflecting surface 32a is totally reflected, the reflecting surface 32a has an elliptical shape. A spherical surface can be used as an approximation of the column surface. Of course, a two-dimensional light collecting element can be used as the light collecting element 32.

このように、上記X線源31aから上記集光素子32を介した1次X線B1のビーム幅W(線状の照射領域の幅)は、その焦点位置、すなわち上記基板1のダイシング部1bの表面において、上記X線源31aの実効焦点サイズ程度の幅に収束される。さらに、上記集光素子32を、コンフォーカル多層膜ミラーを用いて上記X線源31aから出たX線を単一波長化して高分解能の計測ができるように構成してもよい。   Thus, the beam width W (width of the linear irradiation region) of the primary X-ray B1 from the X-ray source 31a through the condensing element 32 is the focal position, that is, the dicing portion 1b of the substrate 1. Is converged to a width of the effective focal size of the X-ray source 31a. Furthermore, the light condensing element 32 may be configured so that high-resolution measurement can be performed by using a confocal multilayer mirror to change the X-ray emitted from the X-ray source 31a to a single wavelength.

上記シャッタ34は、上記X線源31aからのX線の光路に進退自在、つまり開閉自在に構成される。そして、上記シャッタ34の開閉は、制御部70により制御され、1次X線B1が照射される測定位置に、上記基板1のダイシング部1bが移動されて、上記基板1が測定されるときにのみ、上記シャッタ34は、開かれる。もちろん、1チップ測定のために使用するのであれば、このチップに移動されて測定がなされるときにのみ、上記シャッタ34は、開かれる。   The shutter 34 is configured to be movable back and forth in the X-ray optical path from the X-ray source 31a, that is, openable and closable. The opening and closing of the shutter 34 is controlled by the control unit 70, and when the dicing unit 1b of the substrate 1 is moved to the measurement position where the primary X-ray B1 is irradiated and the substrate 1 is measured. Only the shutter 34 is opened. Of course, if used for one-chip measurement, the shutter 34 is opened only when the measurement is performed after moving to this chip.

なお、上記シャッタ34を設ける代わりに、上記X線管31をオン、オフをすることも考えられるが、立ち上がりの度に1次X線B1が不安定になるので、上記シャッタ34を設ける方が好ましい。また、上記シャッタ34は、上記集光素子32と上記基板1との間に設けてもよい。   Although it is conceivable to turn the X-ray tube 31 on and off instead of providing the shutter 34, the primary X-ray B1 becomes unstable each time it rises. preferable. The shutter 34 may be provided between the light condensing element 32 and the substrate 1.

X線反射率測定(XRR)機能およびX線回折測定(XRD)機能を有する上記X線検出器5は、受光スリット52および検出部51を有する。この検出部51は、例えば、アバランシェフォトダイオード(APD)である。上記X線検出器5は、(ゴニオメータを有する)Y軸回転ステージ24の回転軸を中心にして回転する(図示しない)検出器回転台に取り付けられている。   The X-ray detector 5 having an X-ray reflectivity measurement (XRR) function and an X-ray diffraction measurement (XRD) function includes a light receiving slit 52 and a detection unit 51. The detection unit 51 is, for example, an avalanche photodiode (APD). The X-ray detector 5 is attached to a detector turntable (not shown) that rotates around the rotation axis of the Y-axis rotation stage 24 (having a goniometer).

蛍光X線膜厚測定(XRF)機能を有する上記蛍光X線検出器6は、検出器61と、(図示しない)ゴニオメータとを有する。   The fluorescent X-ray detector 6 having a fluorescent X-ray film thickness measurement (XRF) function includes a detector 61 and a goniometer (not shown).

次に、デバイス基板(ウエハ)1上のダイシング部1bに形成されたデバイス薄膜を、X線反射率測定(XRR)によって、測定する方法を説明する。   Next, a method for measuring the device thin film formed on the dicing portion 1b on the device substrate (wafer) 1 by X-ray reflectivity measurement (XRR) will be described.

上記基板1の表面に対して小さな入射角θでX線B1を入射し、上記基板1の表面で反射するX線B2を、上記基板1の表面に対して出射角θのところにある上記受光スリット52を通して、上記検出部(APD)51で検出する。以下、上記受光スリット52および上記検出部51を合わせて、受光系と称する。   The X-ray B1 is incident on the surface of the substrate 1 at a small incident angle θ, and the X-ray B2 reflected on the surface of the substrate 1 is received at the emission angle θ relative to the surface of the substrate 1. The detection unit (APD) 51 detects through the slit 52. Hereinafter, the light receiving slit 52 and the detecting unit 51 are collectively referred to as a light receiving system.

入射X線B1に対する反射X線B2のなす角度が、散乱角2θである。散乱角2θをスキャンするためには、上記X線照射光学系3を、ゴニオメータの中心の回りに時計方向にθ回転させると共に、(図示しない)検出器回転台により、上記受光系を上記ゴニオメータの中心の回りに反時計方向にθ回転させる。   The angle formed by the reflected X-ray B2 with respect to the incident X-ray B1 is the scattering angle 2θ. In order to scan the scattering angle 2θ, the X-ray irradiation optical system 3 is rotated clockwise around the center of the goniometer by θ and the light receiving system is moved to the goniometer by a detector turntable (not shown). Rotate θ counterclockwise around the center.

ところで、上記基板1は、上記試料台21に中心を一致させて載置されている。上記撮像部4は、上記基板1を撮像して、上記基板1の画像を得る。得られた画像は、試料認識部71により画像処理されて、上記基板1のLSIチップ間のダイシング部1bは、X−Y座標上で2次元の画像データとして認識される。さらに、特定のデバイス回路パターンを認識することも可能である。また、制御部70は、高さ測定部12によって測定された上記基板1の高さデータを得る。   By the way, the substrate 1 is placed on the sample stage 21 with its center aligned. The imaging unit 4 captures the substrate 1 and obtains an image of the substrate 1. The obtained image is subjected to image processing by the sample recognition unit 71, and the dicing unit 1b between the LSI chips of the substrate 1 is recognized as two-dimensional image data on the XY coordinates. It is also possible to recognize a specific device circuit pattern. Further, the control unit 70 obtains the height data of the substrate 1 measured by the height measuring unit 12.

次に、上記制御部70は、上記試料認識部71で認識された上記基板1のダイシング部1bの2次元画像データ,および,上記基板1の高さデータに基づいて、上記ステージ機構2を制御して、X線照射領域を100μm以下の幅に収束させた1次X線B1が、上記基板1のダイシング部1bの表面に照射される位置に、上記試料台21を移動させる。上記基板1のダイシング部1bの幅は、100μm程度であるため、上記ダイシング部1bのみに照射可能である。   Next, the control unit 70 controls the stage mechanism 2 based on the two-dimensional image data of the dicing unit 1b of the substrate 1 recognized by the sample recognition unit 71 and the height data of the substrate 1. Then, the sample stage 21 is moved to a position where the surface of the dicing portion 1b of the substrate 1 is irradiated with the primary X-ray B1 in which the X-ray irradiation region is converged to a width of 100 μm or less. Since the width of the dicing portion 1b of the substrate 1 is about 100 μm, only the dicing portion 1b can be irradiated.

次に、上記基板1を所定の初期平行位置に設定する。ここで行う初期設定は、上記基板1の表面をX線ビームB1に対して正確に平行に位置設定するために行うものである。このように、上記基板1の初期平行位置が設定されたのち、X線入射角=X線検出角=θ=0°に戻した後、それらの角度θを決められたステップ角度で正確に同期させて徐々に大きくしていき、上記シャッタ34を開いて単色化されたX線ビームを照射し、個々のθ角度位置において、決められた計数時間だけ、上記検出部(APD)51によりX線を計数する。   Next, the substrate 1 is set at a predetermined initial parallel position. The initial setting performed here is performed in order to position the surface of the substrate 1 accurately in parallel with the X-ray beam B1. As described above, after the initial parallel position of the substrate 1 is set, the X-ray incident angle = X-ray detection angle = θ = 0 °, and then the angles θ are accurately synchronized with the determined step angle. The shutter 34 is opened to irradiate a monochromatic X-ray beam, and X-rays are detected by the detection unit (APD) 51 at each θ angle position for a predetermined counting time. Count.

すなわち、照射された単色化(単一波長化)X線は、上記基板1で反射し、その反射X線は、上記受光スリット52を通過して上記検出部(APD)51に取り込まれて計数される。一連の2θ角度位置において、この反射X線計数作業が行われることにより、2θに対するX線反射率曲線を求めることが可能となる。   That is, the irradiated monochromatic (single wavelength) X-ray is reflected by the substrate 1 and the reflected X-ray passes through the light receiving slit 52 and is taken into the detection unit (APD) 51 and counted. Is done. By performing this reflection X-ray counting operation at a series of 2θ angular positions, an X-ray reflectivity curve with respect to 2θ can be obtained.

図3には、X線マイクロスポット照射によるデバイス基板(ウエハ)1の測定箇所の概要を示す。すなわち、X線ビームB1を、例えば、第1の測定チップ131のダイシング部1b、第2の測定チップ132のダイシング部、および、第3の測定チップ133のダイシング部に照射した結果、図5の測定データに示すような2θに対するX線反射率曲線を求めることが可能となる。   In FIG. 3, the outline | summary of the measurement location of the device substrate (wafer) 1 by X-ray microspot irradiation is shown. That is, as a result of irradiating, for example, the dicing portion 1b of the first measurement chip 131, the dicing portion of the second measurement chip 132, and the dicing portion of the third measurement chip 133 with the X-ray beam B1, as shown in FIG. It is possible to obtain an X-ray reflectivity curve with respect to 2θ as shown in the measurement data.

そして、このようなX線反射率測定(XRR)は、主に膜の各界面で反射したX線が干渉する現象を上記のように観測し、この測定結果に対してシミュレーション演算データを、例えば上記制御部70に含まれるコンピュータまたは上記解析部72のコンピュータによりフィッティングすることによって、各層の密度、膜厚およびラフネスを解析することが可能となる。ここで、フィッティングとは、X線測定した際に、検出されるX線スペクトルについて、スペクトル強度の理論計算値と実測強度との差を補正することである。   In such X-ray reflectivity measurement (XRR), the phenomenon that X-rays reflected mainly at each interface of the film interfere with each other is observed as described above. By fitting with the computer included in the control unit 70 or the computer of the analysis unit 72, the density, film thickness, and roughness of each layer can be analyzed. Here, fitting refers to correcting a difference between a theoretical calculated value of spectrum intensity and an actually measured intensity for an X-ray spectrum detected when X-ray measurement is performed.

図5には、上記第1の測定チップ131、上記第2の測定チップ132および上記第3の測定チップ133でのフィッティングを示す。最表面の薄膜の密度は、全反射臨界角度から算出することが可能であり、それ以外の層の密度は、干渉縞の振幅の大きさから算出することができる。   FIG. 5 shows fitting at the first measurement chip 131, the second measurement chip 132, and the third measurement chip 133. The density of the thin film on the outermost surface can be calculated from the total reflection critical angle, and the density of the other layers can be calculated from the amplitude of the interference fringes.

また、各層の膜厚は振動の周期から算出することが可能である。さらに、ラフネスについては、例えば特開2001−349849号公報に記載されているように、反射率測定データ全体の減衰率や高角度側における干渉縞の振幅の減衰から算出することができる。   The film thickness of each layer can be calculated from the period of vibration. Further, the roughness can be calculated from the attenuation factor of the entire reflectance measurement data and the attenuation of the interference fringe amplitude on the high angle side, as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-349849.

フィッティング処理を具体的に説明すると、単層膜または多層膜からなる膜試料の表面に対する臨界角近傍の角度からのX線入射により得られる測定データに対し、少なくとも1個以上の試料の物性に示すパラメータを変化させて行うシミュレーション演算により得られるシミュレーション演算データを、フィッティングすることによって、膜試料の構造を決定する。   Specifically explaining the fitting process, the physical properties of at least one sample are shown for measurement data obtained by X-ray incidence from an angle near the critical angle with respect to the surface of the film sample composed of a single layer film or a multilayer film. The structure of the film sample is determined by fitting simulation calculation data obtained by simulation calculation performed by changing parameters.

また、フィッティング処理の手順としては、例えば、最小二乗法による解析が用いられ、X線反射率を求めている因子をパラメータ(変数)として、パラメータの値を少しずつ変化させながら、反射率を計算して、実際の反射率データとの残差二乗和を最小にすることにより、測定データに最もフィッティングするような1組のパラメータを決定する。   In addition, as a procedure of the fitting process, for example, analysis by the least square method is used, and the reflectance is calculated while changing the parameter value little by little using the factor for obtaining the X-ray reflectance as a parameter (variable). Then, a set of parameters that best fit the measurement data is determined by minimizing the residual sum of squares with the actual reflectance data.

以上説明したように、X線反射率測定(XRR)機能によれば、成膜されたデバイス薄膜の膜種区分、膜厚、膜密度、および、ラフネス状態を測定することが可能となる。   As described above, according to the X-ray reflectivity measurement (XRR) function, it is possible to measure the film type classification, film thickness, film density, and roughness state of the formed device thin film.

また、X線反射率測定(XRR)機能によれば、成膜された複数層からなるデバイス薄膜(例えばダマシン)の膜特性を一度に測定することができ、その結果、効率よく測定された複数層からなるデバイス薄膜の膜特性に基づいて、デバイス薄膜の成膜状態を管理することが可能となる。   In addition, according to the X-ray reflectivity measurement (XRR) function, film characteristics of a device thin film (for example, damascene) formed of a plurality of layers can be measured at a time, and as a result, a plurality of efficiently measured plural Based on the film characteristics of the device thin film composed of layers, the film formation state of the device thin film can be managed.

スパッタ成膜された複数層からなるデバイス薄膜としては、例えば、上層からTiN/Ti/Al/TiN/Tiといった5層金属膜がある。この場合、スパッタ成膜後は、デバイス基板全面が、5層金属膜に覆われており、上記撮像部4によるデバイスパターン認識機能だけで、ウエハ表面の濃淡を検知して、パターン合わせをするのは、難しい。   Examples of the device thin film formed of a plurality of layers formed by sputtering include a five-layer metal film such as TiN / Ti / Al / TiN / Ti from the upper layer. In this case, after sputtering film formation, the entire surface of the device substrate is covered with a five-layer metal film, and only the device pattern recognition function by the imaging unit 4 detects the density of the wafer surface and performs pattern matching. Is difficult.

そこで、図4Aに示すように、上記基板1上の特定エリア付近のパターンチップ境界線(上記スクラブライン43)上の画像認識パターン41にて、パターン合わせを実施し、図4Bに示すように、特定エリアとしてのX線測定ターゲット42ヘオフセット移動させることで、目的とする測定箇所(図3の第1〜第3の測定チップ131,132,133)での測定が可能となる。   Therefore, as shown in FIG. 4A, pattern matching is performed on the image recognition pattern 41 on the pattern chip boundary line (the scrub line 43) near the specific area on the substrate 1, and as shown in FIG. 4B, By performing an offset movement to the X-ray measurement target 42 as a specific area, measurement can be performed at target measurement points (first to third measurement chips 131, 132, 133 in FIG. 3).

上記画像認識パターン41は、上記スクラブライン43(上記ダイシング部1b)上にあるアライメントマークである。上記X線測定ターゲット42は、上記スクラブライン43(上記ダイシング部1b)上でアライメントマークの無い平坦な領域部分である。   The image recognition pattern 41 is an alignment mark on the scrub line 43 (the dicing portion 1b). The X-ray measurement target 42 is a flat region portion without an alignment mark on the scrub line 43 (the dicing portion 1b).

具体的に述べると、図2、図4Aおよび図4Bに示すように、上記撮像部4は、上記スクラブライン43で囲まれた上記ダイシング部1b内の上記画像認識パターン41を、図4Aの仮想線の枠で示すように画像として撮像し、上記試料認識部71で上記画像認識パターン41を認識して、その位置座標を上記制御部70に提供する。   Specifically, as shown in FIGS. 2, 4A, and 4B, the imaging unit 4 uses the image recognition pattern 41 in the dicing unit 1b surrounded by the scrub line 43 as the virtual image in FIG. 4A. An image is captured as indicated by the frame of the line, the image recognition pattern 41 is recognized by the sample recognition unit 71, and the position coordinates are provided to the control unit 70.

上記制御部70は、上記画像認識パターン41の位置座標を基準に、特定エリアとしての上記X線測定ターゲット42に、X線マイクロスポットを、上記ステージ機構2の上記XYステージ22を用いてオフセット(X,Y座標移動)移動する。このとき、上記撮像部4は、上記X線測定ターゲット42を、図4Bの仮想線の枠で示すように画像として撮像する。これによって、X線マイクロスポットを上記X線測定ターゲット42に照射して、上記X線測定ターゲット42での測定が可能になる。   The control unit 70 uses the XY stage 22 of the stage mechanism 2 to offset the X-ray microspot on the X-ray measurement target 42 as a specific area with reference to the position coordinates of the image recognition pattern 41 (see FIG. X, Y coordinate movement). At this time, the imaging unit 4 captures the X-ray measurement target 42 as an image as indicated by a virtual line frame in FIG. 4B. As a result, the X-ray microspot is irradiated onto the X-ray measurement target 42 to enable measurement with the X-ray measurement target 42.

そして、目的とする測定箇所(図3の上記第1〜上記第3の測定チップ131,132,133)を、X線反射率測定(XRR)機能を用い、かつ、図2の上記解析部72(または上記制御部70のコンピュータ)でX線解析を行った結果、図5に示すように、X線解析波形図を得る。   Then, target measurement points (the first to third measurement chips 131, 132, and 133 in FIG. 3) are measured using the X-ray reflectivity measurement (XRR) function, and the analysis unit 72 in FIG. As a result of the X-ray analysis performed by (or the computer of the control unit 70), an X-ray analysis waveform diagram is obtained as shown in FIG.

さらに、この波形データを基に、上記解析部72(または上記制御部70のコンピュータ)によって、図6に示すように、特定エリア(図3の上記第1〜上記第3の測定チップ131,132,133)での5層金属膜の膜種区分、膜厚値、膜密度およびラフネスの4項目についての測定結果を得る。   Further, based on the waveform data, the analysis unit 72 (or the computer of the control unit 70) performs a specific area (the first to third measurement chips 131 and 132 in FIG. 3) as shown in FIG. 133), measurement results are obtained for the four types of film type classification, film thickness value, film density, and roughness of the five-layer metal film.

このように、各測定チップ131,132,133に対して、上記X線測定装置10のX線反射率測定(XRR)機能を使用することによって、スパッタ成膜された複数層からなるデバイス薄膜(金属膜)の膜特性(膜種区分、膜厚値、膜密度、ラフネス)を一回の測定で一度に測定することが可能となる。   As described above, by using the X-ray reflectivity measurement (XRR) function of the X-ray measurement apparatus 10 for each of the measurement chips 131, 132, and 133, a device thin film including a plurality of layers formed by sputtering ( It is possible to measure the film characteristics (film type classification, film thickness value, film density, roughness) of the metal film at one time by one measurement.

そして、この測定された各層の膜特性(特に膜厚等)に基づいて管理することで、品質管理できると共にモニタリングとしても代用できる。   And by managing based on the measured film characteristics (particularly film thickness etc.) of each layer, quality control can be performed and monitoring can be substituted.

また、X線反射率測定(XRR)機能によれば、成膜されたデバイス基板の反り量も測定することができて、その結果、デバイス基板の反り量に基づいてデバイス薄膜の成膜状態を管理することができる。   In addition, according to the X-ray reflectivity measurement (XRR) function, the amount of warpage of the formed device substrate can also be measured. As a result, the film formation state of the device thin film can be determined based on the amount of warpage of the device substrate. Can be managed.

次に、デバイス基板(ウエハ)1上のダイシング部1bに形成されたデバイス薄膜を、X線回折測定(XRD)によって、測定する方法を説明する。   Next, a method for measuring the device thin film formed on the dicing portion 1b on the device substrate (wafer) 1 by X-ray diffraction measurement (XRD) will be described.

上記基板1の測定部位を、X線反射率測定の場合と同様に、特定のデバイスパターンを認識する機能を用いて位置決めする。そして、平行X線ビームからなるX線B1を、上記基板1の表面に対して入射角αで照射する。上記基板1で反射した回折X線を、上記受光スリット52を通して、上記X線検出器51で検出する。   The measurement part of the substrate 1 is positioned by using a function of recognizing a specific device pattern as in the case of X-ray reflectance measurement. Then, the surface of the substrate 1 is irradiated with an X-ray B1 composed of parallel X-ray beams at an incident angle α. The diffracted X-rays reflected by the substrate 1 are detected by the X-ray detector 51 through the light receiving slit 52.

上記受光系(上記受光スリット52および上記検出部51)は、入射X線B1に対して2θ0の角度位置に配置される。上記基板1の被測定格子面のブラッグ角(入射X線の波長に依存する)は、θ0である。   The light receiving system (the light receiving slit 52 and the detecting unit 51) is arranged at an angular position of 2θ0 with respect to the incident X-ray B1. The Bragg angle (depending on the wavelength of the incident X-ray) of the measured grating surface of the substrate 1 is θ0.

ここで、ブラッグ角とは、X線をある物質に照射して、物質固有の回折X線が発生する際、その物質表面に対してのX線入射角のことを示す。   Here, the Bragg angle indicates an X-ray incident angle with respect to the surface of a substance when a substance is irradiated with X-rays to generate a diffracted X-ray unique to the substance.

上記基板1は、上記ステージ機構2に載置されており、入射X線B1は、ゴニオメータの中心の回りに回転し、上記検出部51もゴニオメータの中心の回りに回転する。   The substrate 1 is placed on the stage mechanism 2, and the incident X-ray B1 rotates around the center of the goniometer, and the detection unit 51 also rotates around the center of the goniometer.

そして、上記基板1の被測定格子面を決定し、使用するX線の波長が決まれば、上記ブラッグ角θ0が定まる。そこで、X線の入射角αをθ0にすれば、回折に寄与する被測定格子面は、上記基板1の表面に平行になる。   Then, when the measurement surface of the substrate 1 is determined and the wavelength of the X-ray to be used is determined, the Bragg angle θ0 is determined. Therefore, if the incident angle α of the X-ray is set to θ0, the measured grating surface that contributes to diffraction becomes parallel to the surface of the substrate 1.

したがって、上記被測定格子面を有する結晶子からの回折X線が、上記検出部51によって、検出されることになる。一方、X線入射角α(=θ0+φ)にすると、被測定格子面がウエハの表面に対して角度φだけ傾斜しているような結晶子だけが回折に寄与することになる。   Accordingly, diffracted X-rays from the crystallites having the measured lattice plane are detected by the detection unit 51. On the other hand, when the X-ray incident angle α (= θ0 + φ) is satisfied, only crystallites whose measured lattice plane is inclined with respect to the wafer surface by an angle φ will contribute to diffraction.

このように、上記検出部51を固定しておいて、入射角αを変えることによりそれぞれの傾斜角φに相当する結晶子からの回折X線強度情報が得られる。回折X線強度の測定においては、ウエハの表面の法線方向の回りに軸対称となる配向密度分布関数ρを仮定しているので、理論ロッキングカーブと測定ロッキングカーブと比較することが可能となる。要するに、上記検出部51を固定し、入射角αを変えて回折X線強度を測定すれば、測定ロッキングカーブが得られることになる。   In this manner, by fixing the detection unit 51 and changing the incident angle α, diffracted X-ray intensity information from crystallites corresponding to the respective inclination angles φ can be obtained. In the measurement of the diffracted X-ray intensity, the orientation density distribution function ρ that is axially symmetric around the normal direction of the surface of the wafer is assumed, so that the theoretical rocking curve can be compared with the measured rocking curve. . In short, a measurement rocking curve can be obtained by fixing the detection unit 51 and measuring the diffraction X-ray intensity by changing the incident angle α.

ここで、測定ロッキングカーブとは、X線をある物質に照射して、物質固有の回折X線が発生する際、X線入射角度と回折X線強度との相関関係を表したグラフのことを示す。   Here, the measurement rocking curve is a graph showing the correlation between the X-ray incident angle and the diffracted X-ray intensity when a substance is irradiated with X-rays and diffracted X-rays specific to the substance are generated. Show.

また、X線回折測定の場合には、上記検出部51として、APDからCCDセンサに切り替えてもよい。   In the case of X-ray diffraction measurement, the detection unit 51 may be switched from an APD to a CCD sensor.

このようにCCDセンサに切り替えた場合、上記基板1から得られるX線回折像をCCDセンサで撮像して、上記制御部70または上記解析部72に接続された(図示しない)表示装置に表示して、デバイス薄膜の結晶性を評価できる。   When switching to the CCD sensor in this way, an X-ray diffraction image obtained from the substrate 1 is captured by the CCD sensor and displayed on a display device (not shown) connected to the control unit 70 or the analysis unit 72. Thus, the crystallinity of the device thin film can be evaluated.

その結果、デバイス薄膜の結晶性に基づいて、デバイス薄膜のアニール状態を管理することが可能となる。   As a result, the annealing state of the device thin film can be managed based on the crystallinity of the device thin film.

次に、デバイス基板(ウエハ)1上のダイシング部1bに形成されたデバイス薄膜を、蛍光X線膜厚測定(XRF)によって、測定する方法を説明する。   Next, a method for measuring the device thin film formed on the dicing portion 1b on the device substrate (wafer) 1 by fluorescent X-ray film thickness measurement (XRF) will be described.

上記基板1の測定部位を、X線反射率測定の場合と同様に、特定のデバイスパターンを認識する機能を用いて位置決めする。そして、上記シャッタ34を開いて、上記基板1のダイシング部1bに、1次X線B1を比較的高い角度から照射し、ダイシング部1bから発生した蛍光X線B3を、上記蛍光X線検出器6で検出する。   The measurement part of the substrate 1 is positioned by using a function of recognizing a specific device pattern as in the case of X-ray reflectance measurement. Then, the shutter 34 is opened, and the dicing part 1b of the substrate 1 is irradiated with the primary X-rays B1 from a relatively high angle, and the fluorescent X-rays B3 generated from the dicing part 1b are irradiated with the fluorescent X-ray detector. 6 is detected.

そして、この検出された蛍光X線の強度に基づいて、上記解析部72は、成膜されたデバイス薄膜の膜種区分(膜組成)および膜厚を測定できて、この測定データを管理システム80に提供できる。   Then, based on the detected intensity of the fluorescent X-ray, the analysis unit 72 can measure the film type classification (film composition) and film thickness of the formed device thin film, and this measurement data is managed by the management system 80. Can be provided.

ところで、上記管理システム80は、デバイス作製工程を管理し、上記X線測定装置10の解析部72または制御部70との間においてネットワーク73で接続してもよい。また、(図示しない)スパッタ成膜装置の全体制御部は、上記解析部72または上記制御部70との間において上記ネットワーク73で接続してもよい。   By the way, the management system 80 may manage a device manufacturing process and connect to the analysis unit 72 or the control unit 70 of the X-ray measurement apparatus 10 via a network 73. Further, the entire control unit of the sputter deposition apparatus (not shown) may be connected to the analysis unit 72 or the control unit 70 via the network 73.

このように、上記X線測定装置10、上記管理システム80、および、(図示しない)スパッタ成膜装置の間において、上記ネットワーク73で接続することによって、上記X線測定装置10で測定されたデバイス薄膜の膜特性を、上記管理システム80およびスパッタ成膜装置に提供でき、上記管理システム80は、デバイスの品質管理を行うことができ、スパッタ成膜装置は、メンテナンスも含めてスパッタ条件を制御できる。   As described above, the device measured by the X-ray measuring apparatus 10 by connecting the X-ray measuring apparatus 10, the management system 80, and the sputter deposition apparatus (not shown) via the network 73. The film characteristics of the thin film can be provided to the management system 80 and the sputter deposition apparatus, the management system 80 can perform device quality control, and the sputter deposition apparatus can control sputtering conditions including maintenance. .

また、上記X線照射光学系3としては、X線反射率測定(XRR)およびX線回折測定(XRD)用の光学系と、蛍光X線膜厚測定(XRF)用の光学系とを、別に設けてもよい。また、本発明に係るインライン用のX線測定装置(X線モニタ装置)10としては、X線反射率測定(XRR)機能と蛍光X線膜厚測定(XRF)機能とが、必ず必要になる。   The X-ray irradiation optical system 3 includes an optical system for X-ray reflectivity measurement (XRR) and X-ray diffraction measurement (XRD), and an optical system for fluorescent X-ray film thickness measurement (XRF). It may be provided separately. The in-line X-ray measurement apparatus (X-ray monitor apparatus) 10 according to the present invention always requires an X-ray reflectivity measurement (XRR) function and a fluorescent X-ray film thickness measurement (XRF) function. .

次に、上記構成のX線測定装置10を用いた半導体デバイスの製造方法を説明する。   Next, a semiconductor device manufacturing method using the X-ray measuring apparatus 10 having the above-described configuration will be described.

この半導体デバイスの製造方法は、成膜工程と、測定工程と、管理工程とを有する。上記成膜工程では、上記基板1上に複数の膜を積層して成膜する。   This semiconductor device manufacturing method includes a film forming process, a measuring process, and a management process. In the film forming step, a plurality of films are stacked on the substrate 1.

上記測定工程では、上記基板1上に形成され上記基板1上の特定エリアを示すパターンを認識し、この特定エリアのみの上記複数の膜に、X線を100μm以下の(マイクロ化された)スポット径で照射して、X線反射率測定によって、上記各膜の特性を(一度に、インラインで)測定する。つまり、上記パターンは、上記画像認識パターン41であり、上記特定エリアは、上記X線測定ターゲット42である。   In the measurement step, a pattern formed on the substrate 1 and indicating a specific area on the substrate 1 is recognized, and X-rays of 100 μm or less (micronized) spots are formed on the plurality of films only in the specific area. Irradiate with a diameter and measure the properties of each film (in-line at a time) by X-ray reflectivity measurement. That is, the pattern is the image recognition pattern 41, and the specific area is the X-ray measurement target 42.

上記管理工程では、上記各膜の特性に基づいて上記成膜工程での上記複数の膜の成膜状態を管理する。   In the management step, the film formation state of the plurality of films in the film formation step is managed based on the characteristics of each film.

したがって、上記測定工程で半導体デバイスの上記膜の特性をインラインで測定できて、各半導体デバイスの品質を向上できる。また、上記管理工程で、インラインで測定された上記各膜の特性に基づいて上記成膜工程での上記複数の膜の成膜状態を管理するので、管理精度が向上する。同時に、定期モニタリング作業が不要になって、半導体デバイスの生産性が向上すると共に、定期モニタリングで必要であった人員コストおよび材料コストも不要になって、コストを大幅に低減できる。   Therefore, the characteristics of the film of the semiconductor device can be measured in-line in the measurement step, and the quality of each semiconductor device can be improved. Moreover, since the film formation state of the plurality of films in the film formation process is managed in the management process based on the characteristics of each film measured in-line, the management accuracy is improved. At the same time, periodic monitoring work is not required, so that the productivity of the semiconductor device is improved, and the personnel cost and material cost required for the periodic monitoring are also unnecessary, so that the cost can be greatly reduced.

なお、上記膜の特性は、膜種区分、膜厚、膜密度、ラフネス状態および結晶性のうちの少なくとも一つを含むようにしてもよく、一回の測定で一度に少なくとも一項目の特性を測定できる。   The characteristics of the film may include at least one of film type classification, film thickness, film density, roughness state, and crystallinity, and at least one characteristic can be measured at a time by one measurement. .

また、上記X線のスポット径は、1μm以上から50μm以下となるようにしてもよく、上記X線を、例えば上記基板1のダイシング部1bのみに、確実に照射できる。したがって、上記X線を平坦な上記ダイシング部1bに照射して、上記ダイシング部1bから強い反射信号を得ることができて、上記膜の特性を確実に測定できる。   Further, the spot diameter of the X-ray may be 1 μm or more and 50 μm or less, and the X-ray can be reliably irradiated, for example, only to the dicing portion 1 b of the substrate 1. Therefore, the flat X-ray dicing part 1b can be irradiated to obtain a strong reflection signal from the dicing part 1b, and the characteristics of the film can be reliably measured.

また、上記特定エリアは、上記基板1のダイシング部1bに形成されるようにしてもよく、上記X線を平坦な上記ダイシング部1bに照射して、上記ダイシング部1bから強い反射信号を得ることができて、上記膜の特性を確実に測定できる。ただし、上記ダイシング部1bでなく、上記素子部へX線を照射して、成膜特性を確認するようにしてもよく、例えば、X線回折測定で上記素子部の結晶性を確認する場合がある。   The specific area may be formed in the dicing part 1b of the substrate 1, and the X-ray is irradiated to the flat dicing part 1b to obtain a strong reflected signal from the dicing part 1b. And the characteristics of the film can be reliably measured. However, the film forming characteristics may be confirmed by irradiating the element part instead of the dicing part 1b with X-rays. For example, the crystallinity of the element part may be confirmed by X-ray diffraction measurement. is there.

また、上記管理工程は、上記膜の特性に基づいて上記成膜工程での上記膜の成膜条件を制御することを含むようにしてもよく、上記膜の特性の測定を、上記成膜工程に、リアルタイムにフィードバックできて、自動補正等によって、製造プロセスの精度を一層向上できる。   The management step may include controlling the film formation conditions of the film in the film formation step based on the characteristics of the film. Feedback can be performed in real time, and the accuracy of the manufacturing process can be further improved by automatic correction or the like.

なお、上記成膜工程で、上記基板1上に少なくとも一つの膜を成膜してアニール処理し、かつ、上記測定工程で、上記基板1上に形成され上記基板1上の特定エリアを示すパターンを認識し、この特定エリアのみの上記膜に、X線を100μm以下のスポット径で照射して、X線回折測定によって、上記膜の結晶性を測定し、かつ、上記管理工程で、上記膜の結晶性に基づいて上記成膜工程での上記膜のアニール状態を管理するようにしてもよい。   In the film formation step, at least one film is formed on the substrate 1 and annealed, and in the measurement step, a pattern is formed on the substrate 1 and indicates a specific area on the substrate 1. The film of only this specific area is irradiated with X-rays with a spot diameter of 100 μm or less, the crystallinity of the film is measured by X-ray diffraction measurement, and in the management step, the film is The annealing state of the film in the film forming process may be managed based on the crystallinity of the film.

したがって、上記測定工程で半導体デバイスの上記膜の結晶性をインラインで測定できて、各半導体デバイスの品質を向上できる。また、上記管理工程で、インラインで測定された上記膜の結晶性に基づいて上記成膜工程での上記膜のアニール状態を管理するので、管理精度が向上する。同時に、定期モニタリング作業が不要になって、半導体デバイスの生産性が向上すると共に、定期モニタリングで必要であった人員コストおよび材料コストも不要になって、コストを大幅に低減できる。   Therefore, the crystallinity of the film of the semiconductor device can be measured in-line in the measurement step, and the quality of each semiconductor device can be improved. Moreover, since the annealing state of the film in the film forming process is managed based on the crystallinity of the film measured in-line in the management process, the management accuracy is improved. At the same time, periodic monitoring work is not required, so that the productivity of the semiconductor device is improved, and the personnel cost and material cost required for the periodic monitoring are also unnecessary, so that the cost can be greatly reduced.

なお、上記成膜工程で、上記基板1上に少なくとも一つの膜を成膜し、かつ、上記測定工程で、上記基板1上に形成され上記基板1上の特定エリアを示すパターンを認識し、この特定エリアのみの上記膜に、X線を100μm以下のスポット径で照射して、X線反射率測定によって、上記基板1の反り量を測定し、かつ、上記管理工程で、上記基板1の反り量に基づいて上記成膜工程での上記膜の成膜状態を管理するようにしてもよい。   In the film formation step, at least one film is formed on the substrate 1, and in the measurement step, a pattern formed on the substrate 1 and indicating a specific area on the substrate 1 is recognized. The film only in this specific area is irradiated with X-rays with a spot diameter of 100 μm or less, the amount of warpage of the substrate 1 is measured by X-ray reflectivity measurement, and in the management step, You may make it manage the film-forming state of the said film | membrane in the said film-forming process based on the amount of curvature.

したがって、上記測定工程で半導体デバイスの上記基板1の反り量をインラインで測定でて、各半導体デバイスの品質を向上できる。また、上記管理工程で、インラインで測定された上記基板1の反り量に基づいて上記成膜工程での上記膜の成膜状態を管理するので、管理精度が向上する。同時に、定期モニタリング作業が不要になって、半導体デバイスの生産性が向上すると共に、定期モニタリングで必要であった人員コストおよび材料コストも不要になって、コストを大幅に低減できる。   Therefore, the amount of warpage of the substrate 1 of the semiconductor device can be measured in-line in the measurement step, and the quality of each semiconductor device can be improved. Further, since the film forming state of the film in the film forming process is managed based on the warpage amount of the substrate 1 measured in-line in the management process, the management accuracy is improved. At the same time, periodic monitoring work is not required, so that the productivity of the semiconductor device is improved, and the personnel cost and material cost required for the periodic monitoring are also unnecessary, so that the cost can be greatly reduced.

(第2の実施形態)
図7は、この発明の半導体デバイスの成膜装置の一実施形態を示している。この成膜装置100は、例えばスパッタ成膜装置であり、成膜部103と、測定部としての上記第1の実施形態のX線測定装置10と、カセット部102と、搬送部101とを有する。上記搬送部101および上記カセット部102は、必須の構成ではない。
(Second Embodiment)
FIG. 7 shows an embodiment of a semiconductor device deposition apparatus of the present invention. The film forming apparatus 100 is, for example, a sputter film forming apparatus, and includes a film forming unit 103, the X-ray measuring device 10 of the first embodiment as a measuring unit, a cassette unit 102, and a transport unit 101. . The transport unit 101 and the cassette unit 102 are not essential components.

上記成膜部103は、上記基板1上に少なくとも一つの膜を成膜する。上記成膜部103は、周囲に複数のチャンバ室およびアニール室を有し、中央部にウエハを出し入れするハンドリング室を有する。上記カセット部102は、上記基板1を収納する。   The film forming unit 103 forms at least one film on the substrate 1. The film forming unit 103 has a plurality of chambers and annealing chambers around it, and has a handling chamber in and out of the center. The cassette unit 102 accommodates the substrate 1.

上記X線測定装置10は、蛍光X線膜厚測定機能、X線反射率測定機能、および、X線回折測定機能の少なくとも一つの測定機能を有すると共に、上記基板1上に形成され上記基板1上の特定エリアを示すパターンを認識し、この特定エリアのみの上記膜に、X線を100μm以下のスポット径で照射して、上記少なくとも一つの測定機能によって、上記膜の特性を測定する。   The X-ray measurement apparatus 10 has at least one measurement function of a fluorescent X-ray film thickness measurement function, an X-ray reflectivity measurement function, and an X-ray diffraction measurement function, and is formed on the substrate 1 and the substrate 1 A pattern indicating the upper specific area is recognized, and the film of only the specific area is irradiated with X-rays with a spot diameter of 100 μm or less, and the characteristics of the film are measured by the at least one measurement function.

上記搬送部101は、クリーンな雰囲気で形成され、上記カセット部102から上記成膜部103へ上記基板1を搬送し、この成膜部103で成膜された上記基板1を上記X線測定装置10へ搬送する。なお、わかりやすくするために、上記X線測定装置10および上記搬送部101のケーシングを、透明なケーシングであらわしている。   The transport unit 101 is formed in a clean atmosphere, transports the substrate 1 from the cassette unit 102 to the film forming unit 103, and the substrate 1 formed by the film forming unit 103 is used as the X-ray measurement apparatus. Transport to 10. In addition, in order to make it intelligible, the casing of the said X-ray measuring apparatus 10 and the said conveyance part 101 is represented by the transparent casing.

次に、上記成膜装置100の作用を説明する。   Next, the operation of the film forming apparatus 100 will be described.

上記基板1を、上記カセット部102から、上記搬送部101を介して、上記成膜部103へ運び、上記基板1上にスパッタ成膜を行う。上記基板1の成膜終了後、上記基板1は、上記搬送部101を経由してアンロードされ、上記X線測定装置10に運ばれ、上記基板1上の特定エリアの多層金属膜について、少なくとも、膜種区分、膜厚、膜密度およびラフネスの4項目について測定を行う。もちろん、結晶性についても測定しても良い。   The substrate 1 is transported from the cassette unit 102 to the film forming unit 103 via the transfer unit 101 and sputter film formation is performed on the substrate 1. After the film formation of the substrate 1 is completed, the substrate 1 is unloaded via the transport unit 101 and carried to the X-ray measurement apparatus 10, and at least a multilayer metal film in a specific area on the substrate 1 Measurements are made for four types of film type classification, film thickness, film density, and roughness. Of course, the crystallinity may also be measured.

そして、上記X線測定装置10でX線測定された上記基板1は、上記搬送部101によって搬送されて、上記カセット部102に収納される。   Then, the substrate 1 measured by the X-ray measurement apparatus 10 is transported by the transport unit 101 and stored in the cassette unit 102.

したがって、上記X線測定装置10によって半導体デバイスの上記膜の特性をインラインで測定できて、各半導体デバイスの品質を向上できる。   Therefore, the characteristics of the film of the semiconductor device can be measured in-line by the X-ray measuring apparatus 10, and the quality of each semiconductor device can be improved.

また、上記膜の特性をインラインで測定できるので、図8に示すように、デバイス処理毎に膜の特性を測定できて、次の定常メンテナンス作業まで、モニタリングウエハ(基板)を用いた定期モニタリング作業が不要となり、定期モニタリング作業の手間、および、コストが削減され、結果的に稼働率を向上できると共に、半導体デバイスの原価低減を実現することが可能となる。   In addition, since the film characteristics can be measured in-line, as shown in FIG. 8, the film characteristics can be measured for each device processing, and periodic monitoring work using a monitoring wafer (substrate) until the next regular maintenance work. This eliminates the need for periodic monitoring work and costs, and as a result, the operating rate can be improved and the cost of semiconductor devices can be reduced.

また、上記カセット部102と上記搬送部101とを備えるので、上記基板1を搬送するときに、上記基板1への異物等の付着を防止できる。また、上記搬送部101を備えるので、上記成膜部103と上記X線測定装置10との間の搬送距離を短くできて、工程時間も短くなる。   In addition, since the cassette unit 102 and the transport unit 101 are provided, it is possible to prevent foreign matters from adhering to the substrate 1 when the substrate 1 is transported. In addition, since the transport unit 101 is provided, the transport distance between the film forming unit 103 and the X-ray measurement apparatus 10 can be shortened, and the process time is also shortened.

なお、上記膜の特性に基づいて上記成膜部103を制御する制御部(例えば、図2の上記管理システム80)を設けてもよく、上記膜の特性の測定を、上記成膜部に、リアルタイムにフィードバックできて、自動補正等によって、製造プロセスの精度を一層向上できる。例えば、オンラインでのAPC(Advanced Process Control)機能というアプリケーションにも発展できる。   Note that a control unit (for example, the management system 80 in FIG. 2) that controls the film forming unit 103 based on the characteristics of the film may be provided, and measurement of the film characteristics may be performed on the film forming unit. Feedback can be performed in real time, and the accuracy of the manufacturing process can be further improved by automatic correction or the like. For example, it can be developed into an application called an online APC (Advanced Process Control) function.

また、上記X線測定装置10は、上記蛍光X線膜厚測定機能、上記X線反射率測定機能、および、上記X線回折測定機能の全ての測定機能を有するようにしてもよく、測定される上記膜が、単層金属膜、多層金属膜、単層絶縁膜および多層絶縁膜のいずれの膜であっても、フレキシブルに対応して測定できる。   The X-ray measurement apparatus 10 may have all the measurement functions of the fluorescent X-ray film thickness measurement function, the X-ray reflectivity measurement function, and the X-ray diffraction measurement function. Whether the film is a single-layer metal film, a multi-layer metal film, a single-layer insulating film, or a multi-layer insulating film can be measured in a flexible manner.

(第3の実施形態)
次に、上記X線測定装置10を用いたインライン測定によるデバイス薄膜の膜特性の品質管理について説明する。
(Third embodiment)
Next, quality control of the film characteristics of the device thin film by in-line measurement using the X-ray measurement apparatus 10 will be described.

図9は、デバイス作製工程の概要を示すフローチャトである。このデバイス作製工程は、概略、絶縁膜成膜工程(S81)と、フォトリソ工程(S82)と、イオン注入工程(S83)と、エッチング工程(S84)と、その後の金属パターン形成工程(S85〜S89)とを有する。   FIG. 9 is a flowchart showing an outline of the device manufacturing process. This device manufacturing process is roughly composed of an insulating film forming process (S81), a photolithography process (S82), an ion implantation process (S83), an etching process (S84), and a subsequent metal pattern forming process (S85 to S89). ).

この金属パターン形成工程は、レジスト剥離工程(S85)と、金属成膜工程(S86)と、上記X線測定装置10を用いたX線金属膜測定工程(S87)と、フォトリソ工程(S88)と、エッチング工程(S89)とを有する。   The metal pattern forming process includes a resist stripping process (S85), a metal film forming process (S86), an X-ray metal film measuring process (S87) using the X-ray measuring apparatus 10, and a photolithography process (S88). And an etching step (S89).

上述したように、上記金属成膜工程(S86)で、複数の金属膜を順次積層してスパッタ成膜する場合には、複数の金属膜を成膜した後、上記X線金属膜測定工程(S87)を設ければよい。   As described above, in the metal film forming step (S86), in the case where a plurality of metal films are sequentially laminated and sputtered, the plurality of metal films are formed and then the X-ray metal film measuring step ( S87) may be provided.

そして、上記X線金属膜測定工程(S87)において上記X線測定装置10で取得された測定データは、管理工程(S90)において、上記管理システム80に提供されてウエハテストと歩留りとの相関にフィードバックされ品質管理に利用され、または、上記成膜装置100に提供されて成膜装置状態のモニタリング管理に利用される。   The measurement data acquired by the X-ray measurement apparatus 10 in the X-ray metal film measurement step (S87) is provided to the management system 80 in the management step (S90) to correlate the wafer test and the yield. It is fed back and used for quality control, or provided to the film forming apparatus 100 and used for monitoring management of the film forming apparatus state.

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、本発明の半導体デバイスの製造方法を、スパッタ成膜装置以外の製造装置、例えばCVD装置、エッチング装置、イオン注入装置やCMP装置などに、適用してもよい。さらに、本発明の半導体デバイスの製造方法を、半導体集積回路の製造工程に限らず、化合物半導体や液晶パネルの製造工程に、適用してもよい。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, the semiconductor device manufacturing method of the present invention may be applied to a manufacturing apparatus other than a sputter deposition apparatus, such as a CVD apparatus, an etching apparatus, an ion implantation apparatus, or a CMP apparatus. Furthermore, the semiconductor device manufacturing method of the present invention may be applied not only to a semiconductor integrated circuit manufacturing process but also to a compound semiconductor or liquid crystal panel manufacturing process.

本発明の半導体デバイスの製造方法に用いられるX線測定装置の一実施形態を示す簡略斜視図である。It is a simplified perspective view which shows one Embodiment of the X-ray measuring apparatus used for the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. X線測定装置の簡略構成図である。It is a simplified block diagram of an X-ray measuring apparatus. X線測定ポイントを示す平面図である。It is a top view which shows an X-ray measurement point. 画像認識パターンを示す拡大図である。It is an enlarged view which shows an image recognition pattern. X線測定ターゲットを示す拡大図である。It is an enlarged view which shows a X-ray measurement target. X線反射率測定(XRR)機能によって取得されたX線解析波形図である。It is an X-ray analysis waveform diagram acquired by the X-ray reflectivity measurement (XRR) function. X線反射率測定(XRR)機能によって測定された各チップの膜特性の測定結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement result of the film | membrane characteristic of each chip | tip measured by the X-ray reflectivity measurement (XRR) function. 本発明の半導体デバイスの成膜装置の一実施形態を示す簡略斜視図である。1 is a simplified perspective view showing an embodiment of a semiconductor device deposition apparatus of the present invention. 成膜装置の運用方法を示すフローチャトである。It is a flowchart which shows the operation method of a film-forming apparatus. デバイス作成工程を示すフローチャトである。It is a flowchart which shows a device creation process.

1 基板
1b ダイシング部
2 ステージ機構
3 X線照射光学系
4 撮像部
5 X線検出器
6 蛍光X線検出器
10 X線測定装置
21 試料台
22 XYステージ
23 Zステージ
24 Y軸回転ステージ
25 ベース
31 X線管
31a X線源
32 集光素子
32a 反射面
34 シャッタ
41 画像認識パターン
42 X線測定ターゲット
43 スクラブライン
51 検出部(APD)
52 受光スリット
61 検出部
70 制御部
71 試料認識部
72 解析部
73 ネットワーク
80 管理システム
100 成膜装置
101 搬送部
102 カセット部
103 成膜部
131〜133 第1〜第3の測定チップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 1b Dicing part 2 Stage mechanism 3 X-ray irradiation optical system 4 Imaging part 5 X-ray detector 6 X-ray fluorescence detector 10 X-ray measuring device 21 Sample stage 22 XY stage 23 Z stage 24 Y-axis rotation stage 25 Base 31 X-ray tube 31a X-ray source 32 Condensing element 32a Reflecting surface 34 Shutter 41 Image recognition pattern 42 X-ray measurement target 43 Scrub line 51 Detector (APD)
52 Light-receiving slit 61 Detection unit 70 Control unit 71 Sample recognition unit 72 Analysis unit 73 Network 80 Management system 100 Film formation apparatus 101 Transport unit 102 Cassette unit 103 Film formation unit 131-133 First to third measurement chips

Claims (9)

基板上に複数の膜を積層して成膜する成膜工程と、
上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアの位置を示す上記特定エリアとは別の位置に設けられたパターンを画像として認識し、このパターンに基づいて上記特定エリアの位置を求め、この特定エリアにX線のスポットを移動してから、この特定エリアのみの上記複数の膜に、X線を1μm以上から50μm以下のスポット径で照射して、X線反射率測定によって、上記各膜の特性を測定する測定工程と、
上記各膜の特性に基づいて上記成膜工程での上記複数の膜の成膜状態を管理する管理工程と
を備え
記特定エリアは、上記基板の平坦なダイシング部に形成されていることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
A film forming step of stacking a plurality of films on a substrate;
A pattern formed on the substrate and indicating a position of the specific area on the substrate is recognized as an image, and a position of the specific area is obtained based on the pattern. After moving the X-ray spot to the area, X-rays are irradiated with a spot diameter of 1 μm or more to 50 μm or less on the plurality of films only in this specific area, and the X-ray reflectivity measurement is performed. A measurement process for measuring characteristics;
A management step of managing the film formation state of the plurality of films in the film formation step based on the characteristics of each film ,
Upper Symbol particular area, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by being formed into a flat dicing portion of the substrate.
請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法において、
上記膜の特性は、膜種区分、膜厚、膜密度、ラフネス状態および結晶性のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the characteristics of the film include at least one of film type classification, film thickness, film density, roughness state, and crystallinity.
請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法において、
上記管理工程は、上記膜の特性に基づいて上記成膜工程での上記膜の成膜条件を制御することを含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the managing step includes controlling film forming conditions of the film in the film forming step based on characteristics of the film.
基板上に少なくとも一つの膜を成膜してアニール処理する成膜工程と、
上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアの位置を示す上記特定エリアとは別の位置に設けられたパターンを画像として認識し、このパターンに基づいて上記特定エリアの位置を求め、この特定エリアにX線のスポットを移動してから、この特定エリアのみの上記膜に、X線を1μm以上から50μm以下のスポット径で照射して、X線回折測定によって、上記膜の結晶性を測定する測定工程と、
上記膜の結晶性に基づいて上記成膜工程での上記膜のアニール状態を管理する管理工程と
を備え
記特定エリアは、上記基板の平坦なダイシング部に形成されていることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
A film forming step of forming at least one film on the substrate and performing an annealing process;
A pattern formed on the substrate and indicating a position of the specific area on the substrate is recognized as an image, and a position of the specific area is obtained based on the pattern. After moving the X-ray spot to the area, the film of this specific area is irradiated with X-rays with a spot diameter of 1 μm to 50 μm and the crystallinity of the film is measured by X-ray diffraction measurement. Measuring process to
A management step of managing the annealing state of the film in the film formation step based on the crystallinity of the film ,
Upper Symbol particular area, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by being formed into a flat dicing portion of the substrate.
基板上に少なくとも一つの膜を成膜する成膜工程と、
上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアの位置を示す上記特定エリアとは別の位置に設けられたパターンを画像として認識し、このパターンに基づいて上記特定エリアの位置を求め、この特定エリアにX線のスポットを移動してから、この特定エリアのみの上記膜に、X線を1μm以上から50μm以下のスポット径で照射して、X線反射率測定によって、上記基板の反り量を測定する測定工程と、
上記基板の反り量に基づいて上記成膜工程での上記膜の成膜状態を管理する管理工程と
を備え
記特定エリアは、上記基板の平坦なダイシング部に形成されていることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
A film forming step of forming at least one film on the substrate;
A pattern formed on the substrate and indicating a position of the specific area on the substrate is recognized as an image, and a position of the specific area is obtained based on the pattern. After moving the X-ray spot to the area, the film of only this specific area is irradiated with X-rays with a spot diameter of 1 μm or more to 50 μm or less , and the amount of warpage of the substrate is determined by measuring the X-ray reflectivity. Measuring process to measure,
A management step of managing the film formation state of the film in the film formation step based on the amount of warpage of the substrate ,
Upper Symbol particular area, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by being formed into a flat dicing portion of the substrate.
基板上に少なくとも一つの膜を成膜する成膜部と、
蛍光X線膜厚測定機能、X線反射率測定機能、および、X線回折測定機能の少なくとも一つの測定機能を有すると共に、上記基板上に形成され上記基板上の特定エリアの位置を示す上記特定エリアとは別の位置に設けられたパターンを画像として認識し、このパターンに基づいて上記特定エリアの位置を求め、この特定エリアにX線のスポットを移動してから、この特定エリアのみの上記膜に、X線を1μm以上から50μm以下のスポット径で照射して、上記少なくとも一つの測定機能によって、上記膜の特性を測定する測定部と
を備え
記特定エリアは、上記基板の平坦なダイシング部に形成されていることを特徴とする半導体デバイスの成膜装置。
A film forming unit for forming at least one film on the substrate;
The above-mentioned specification that has at least one measurement function of a fluorescent X-ray film thickness measurement function, an X-ray reflectivity measurement function, and an X-ray diffraction measurement function and that indicates the position of a specific area on the substrate that is formed on the substrate A pattern provided at a position different from the area is recognized as an image, the position of the specific area is obtained based on the pattern, an X-ray spot is moved to the specific area, and then only the specific area is A measurement unit that irradiates the film with X-rays with a spot diameter of 1 μm or more and 50 μm or less , and measures the characteristics of the film by the at least one measurement function ;
Upper Symbol particular area, deposition apparatus for a semiconductor device characterized by being formed into a flat dicing portion of the substrate.
請求項6に記載の半導体デバイスの成膜装置において、
上記膜の特性に基づいて上記成膜部を制御する制御部を備えることを特徴とする半導体デバイスの成膜装置。
In the film-forming apparatus of the semiconductor device of Claim 6,
A semiconductor device film forming apparatus comprising: a control unit that controls the film forming unit based on characteristics of the film.
請求項6に記載の半導体デバイスの成膜装置において、
上記測定部は、上記蛍光X線膜厚測定機能、上記X線反射率測定機能、および、上記X線回折測定機能の全ての測定機能を有することを特徴とする半導体デバイスの成膜装置。
In the film-forming apparatus of the semiconductor device of Claim 6,
The film forming apparatus for a semiconductor device, wherein the measurement unit has all the measurement functions of the fluorescent X-ray film thickness measurement function, the X-ray reflectivity measurement function, and the X-ray diffraction measurement function.
請求項6に記載の半導体デバイスの成膜装置において、
上記基板を収納するカセット部と、
上記カセット部から上記成膜部へ上記基板を搬送し、この成膜部で成膜された上記基板を上記測定部へ搬送する搬送部と
を備えることを特徴とする半導体デバイスの成膜装置。
In the film-forming apparatus of the semiconductor device of Claim 6,
A cassette section for storing the substrate;
A semiconductor device film forming apparatus comprising: a transport unit configured to transport the substrate from the cassette unit to the film forming unit and transport the substrate formed by the film forming unit to the measurement unit.
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