JPH04172207A - 光干渉式膜厚測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体デバイスの製造工程の成膜工程の成膜後
の膜厚を測定する膜厚測定装置に関し、特に光干渉式膜
厚測定装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体デバイスの製造工程において半導体ウェハー上に
酸化膜、望化膜などを形成する成膜工程があり、・成膜
後に半導体ウェハー上の膜の厚さを膜厚測定装置を用い
て検査している。膜厚、膜種によりエリプソメトリ式及
び光干渉式など方式及び装置を使い分けているが、半透
過性の薄膜（２００〜１７００００人）には光干渉式膜
厚測定装置を用いるのが一般的である。

光干渉式の膜厚測定装置の測定原理を第３図を用いて説
明する。成膜処理された半導体ウェハー１はステージ２
に置かれている。タングステンランプ光源３の光はハー
フミラ−４にて反射し、対物レンズ５を通過して半導体
ウェハー１に照射する。半導体ウェハー上の薄膜からの
反射光は波長に応じて干渉を起こし、照射光の波長によ
り明暗を生ずる。干渉した反射光はハーフミラ−４を通
過し、回折格子６により４００〜８００ｎｍの波長に分
解され、ラインセンサー７にて各波長における光の強さ
に応じた電気信号に変換されて計算器８に入力する。計
算器８にて各波長での光の強さをもとに膜厚を演算する
。計算器８で算出された膜厚値を表示器９にて表示する
。

〔発明が解決しようとする課題〕

この従来の膜厚測定装置の計算器８での膜厚計算のアル
ゴリズムは半導体ウェハー１に照射し、干渉した反射光
は全て対物レンズを逆に通過しラインセンサー７に達す
ることを前提としているため、照射光１反射光と半導体
ウェハーの測定面が垂直であることが必須であった。そ
のためステージ２が傾いている時、半導体ウェハー１が
反っている時など干渉した反射光が全て対物レンズ５を
通過せず、対物レンズ外に漏れた場合、ラインセンサー
７に達する光の強さは全て対物レンズ内を通過した場合
に比べて弱まり、実際の半導体ウェハー上の膜厚と異な
る膜厚を演算・表示するという欠点があった。とりわけ
、ステージを移動させて半導体ウェハー上の多点の膜厚
を測り、膜厚の面内分布を測定する場合、半導体ウェハ
ー１の反りの影響により半導体ウェハー１の周辺部の膜
厚を真の値と異なる値を演算　表示する欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の膜厚測定装置は、上述の従来の構成に加えて半
導体ウェハーの膜厚測定点での傾きを検出し、半導体ウ
ェハーのステージの傾きを変える機構を備えている９ 〔実施例〕 次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の概要図である。図かられか
るように、照射光学系２０１分光光学系２１、演算部２
２から成る測定系は従来と同じ構成であるので、この部
分の説明は省略し、この発明のポイントである、試料の
傾きを補正する機構についてのみ以下説明する。

ステージは、支点１６を中心に回転するステージ支柱１
４に保持・間室され、ステージ支柱端部は歯車を介して
モータに接続している。また、ステージ上方には単色光
源１０と２次元センサー１１が設置され、２次元センサ
ーの出力端とモーター１３に傾き計算器１２が接続して
いる。

単色光源１０より半導体ウェハー１１の測定点に斜めに
照射され、反射した光は２次元センサー１１に受光され
る。２次元センサー１１に受光される光は半導体ウェハ
ー１の傾きに応じて中心よリズして受光されるので、こ
のズレ量により半導体ウェハー１の傾きを検知すること
ができる。２次元センサーで光電変換された電気信号に
基づいて傾き計算器にて傾き量を計算し、傾き量に応じ
てモーターを回転させ、支点１６でささえられたステー
ジ支柱１４の傾きをモーター１３の回転方向・回転量に
より変え、対物レンズ５を通り投光される光を半導体ウ
ェハーの面に垂直にする。

第２図は本発明の実施例２の概要図である。ステージ２
の端部に支点台１５を有し、一方の端部にステージを上
下させるモーター１３を取付けている。この他の楕或は
先の実施例と同じである。

傾き計算器１２にて計算し、モーター１３を回転させス
テージ２の端部を上下させることにより支点台１５を中
心としてステージ全体の傾きを変えている。

この実施例はモーターがステージの下部ではなく横部に
取付けられているため、ステージ下部の高さを低くし、
コンパクトにすることが可能である。なお、傾き計算器
はパーソナルコンピュータで構成すればよいので説明は
省略した。また、傾き計算器をポテンシオメータを用い
て構成することも可能である。この場合も従来用いられ
ている制御系で構成できるので説明は省略する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は半導体ウェハーの膜厚測定
点での傾き度を検出する機構及び該機構にて得られた傾
き度より半導体ウェハーの傾きを変える機構を有するこ
とによりステージの傾き平面度を厳しく製作１組立て、
検査する必要がなくなり、また半導体ウェハーの反りに
より膜厚が変化することがなくなり正確な膜厚を得られ
る効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の膜厚測定装置の実施例１の概要図、第
２図は本発明の膜厚測定装置の実施例２の概要図である
。第３図は従来例を示す図である。 ｌ・・・半導体ウェハー、２・・・ステージ、３・・・
タングステンランプ光源、４・・・ハーフミラ−１５・
・・対物レンズ、６・・回折格子、７・・・ラインセン
サー、８・・・計算器、９・・・表示器、１０・・単色
光源、１１・・・２次元センサー、１２・・・傾き計算
器、１３・・・モーター、１４・・・ステージ支柱、１
５・・・支点台。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試料を載置するステージと、光源からの光をステージ上
   の試料に導く照射光学系と、試料からの反射光を各波長
   毎に光電変換する分光光学系と、分光光学系からの信号
   に基づき膜厚を算出・表示する演算部とを備えた膜厚測
   定装置において、試料の膜厚測定点での傾き度を検出す
   る機構と、該機構にて得られた傾き度により試料を保持
   するステージの傾きを補正する機構を有することを特徴
   とする光干渉式膜厚測定装置。