JPH08304023A - 測定点マッピング装置およびこれを利用した半導体ウエハの測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハの膜厚測定等における測定処理
効率を高める。 【構成】 複数のチップの被測定基板に対する相対位置
データと、複数の測定点のうちから抽出した代表の測定
点の座標のデータとから測定点座標マッピング手段にて
複数の測定点の座標マップを得る。 【効果】 測定点の登録作業を短縮することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば膜厚測定装置な
どに適用可能で半導体装置や液晶表示装置等の製造工程
中において被測定基板の位置決めを行う際に使用される
測定点マッピング装置、特に、半導体ウエハなどの基板
上に形成された所定パターンの像を光学顕微鏡で拡大
し、さらにその拡大像を入力画像として撮像するととも
に、その入力画像を予め登録しておいた基準画像とマッ
チングさせて位置決めを行う際に使用される測定点マッ
ピング装置およびこれを利用した半導体ウエハの測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】分析または測定等の技術分野において、
被測定基板の所望部位（以下「測定点」という）に狙い
を定めて測定を行う場合に、測定点を、測定装置が測定
を実行する位置（以下「測定実行位置」という）に位置
決めするため、パターンマッチング法を採用することが
一般に行われている。これは、測定点と所定の位置関係
にある被測定基板上の領域の画像（以下「基準画像」と
いう）を予め登録しておき、被測定基板を撮像して得ら
れた映像のなかから基準画像と一致する位置を検出し、
もって測定点の位置を特定するものである（特願平４−
３４１５８６号参照）。そして、従来例では、全ての測
定点についてパターンマッチングを行って位置決めして
いた。

【０００３】図１４(a)は従来例における被測定物であ
る半導体ウエハの一例を示す部分拡大図であり、図１４
(b)はそのＡ−Ａ断面図である。この半導体ウエハで
は、同図に示すように、半導体ウエハ１上に所定形状に
区分けしてパターニングされたシリコン窒化膜１ａおよ
びシリコン酸化膜２が形成されている。例えば、図１４
(a) の２点鎖線で示す部分の画像は、図１５に示すよう
に、シリコン窒化膜１ａの一部に対応する画像領域（領
域１）とシリコン酸化膜２の一部に対応する画像領域
（領域２）とを有する。ここで、両領域１，２へ光を照
射し、反射した光の強度を調べると、領域１の強度が領
域２のそれよりも大きくなっている。そこで、カメラな
どの撮像手段を介して画像を撮像し、両領域１，２から
の光の強度から例えば図１５に示したパターンを認識す
ることで基準画像を特定していた。具体的には、次の手
順で登録処理および測定処理を行っていた（パターンマ
ッチング）。

【０００４】１）登録処理 まず、基準となる半導体ウエハ１を、外部から一定の精
度で位置決めしながら座標読み取り機能を有するＸＹス
テージに搬送する。次に、パネルキーの操作によりＸＹ
ステージを移動させ、視野のほぼ中心に測定点を合わせ
て座標を読み取る。かかるステージ移動操作および座標
の読み取り操作を所定の回数繰り返し、読み取った複数
個の座標（各測定点の座標）を記憶する。かかる座標
は、測定処理においてパターンマッチングの前段階の測
定点の機械的位置決めのための座標値として用いられ
る。

【０００５】そして、測定点近傍の画像を基準パターン
として登録する。このパターン登録時には図１６に示し
たような枠型標線５および十字型標線６を用いる。該枠
型標線５および十字型標線６は、パネルキーの操作によ
り個々に画面７内を移動させることができる。ここで、
枠型標線５で囲まれた画像がパターンマッチングに用い
られる画像であり、十字型標線６の交点が検出される座
標である。ここで、半導体ウエハ１の全てのチップにつ
いて、図１７に示したパターン８が形成されているもの
とする。そして、パネルキーを押して枠型標線５で囲ん
だパターン８を記憶（図１７参照）するとともに、パタ
ーン８と測定点（十字型標線６の交点）との相対位置デ
ータを記憶する。

【０００６】２）測定処理 登録処理と同様に被測定基板である半導体ウエハは、ま
ず、所定の精度で位置決めされつつ外部からＸＹステー
ジ上に搬送されてくる。次に、ＸＹステージは第１の測
定ポイントの座標へ自動的に移動する。このとき、ウエ
ハ外径のばらつきや搬送装置の位置決め精度等により視
野内での測定点の位置が登録時とは異なっている。そこ
で、パターンマッチングを実行し、パターンの位置を検
出するとともに、記憶されていたそのパターンと、その
パターンに関しての十字型標線６の交点との相対位置デ
ータから測定点の座標が算出される。ここで算出した測
定点の座標と、光学系がもっている測定位置の画像上で
の位置とを計算し、かかる計算結果に基づいてステージ
を移動させ、膜厚等の測定処理を行っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来例で
は、登録処理において所望する測定点の数だけ上記のよ
うな座標の読み取り操作を繰り返さなければならない。
このため半導体ウエハ１の表面内の多くの測定点につい
て絶縁膜の厚み等を繰り返し測定するような場合、上記
のような登録作業に多大な時間を要し、作業効率を悪化
させる原因となっていた。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、登録処理における作業時間を短縮する
ことで作業効率を高め得る測定点マッピング装置および
これを利用した半導体ウエハの測定装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
課題解決手段は、複数のチップが切り出されるべき被測
定基板について、複数の測定点を前記複数のチップの全
部または一部の夫々に付随させて配分し、前記複数の測
定点の夫々の座標を決定してマッピングする装置であっ
て、前記被測定基板に対する前記複数のチップの設計上
の相対位置関係を規定するための相対位置データを記憶
する相対位置データ記憶手段と、前記被測定基板の撮像
結果に基づいて、前記複数の測定点のうちから抽出され
た代表の測定点の座標を記憶する代表測定点座標記憶手
段と、前記代表の測定点の座標と前記相対位置データと
に基づいて、前記複数の測定点の夫々の座標を演算して
求め、それによって前記複数の測定点の座標マップを得
る測定点座標マッピング手段とを備える。

【００１０】本発明の請求項２に係る課題解決手段は、
請求項１記載の測定点マッピング装置であって、前記測
定点座標マッピング手段が、前記複数のチップの全部に
付随して設定された測定点候補のすべての座標を、前記
特定の測定点の二次元的座標と前記相対位置データとに
基づいて演算するとともに、求めた測定点候補のうちか
ら、選択指定手段から指定を受けることにより、前記複
数のチップのうちの一部のチップに対応する測定点のみ
を選択する選択測定点座標演算手段と、前記選択測定点
座標演算手段で選択された測定点の各々の座標を記憶す
る選択測定点座標記憶手段とを備える。

【００１１】本発明の請求項３に係る課題解決手段は、
被測定基板としての半導体ウエハに測定処理を施すため
の測定装置であって、前記測定装置は、前記半導体ウエ
ハを保持する保持手段と、前記半導体ウエハについて前
記測定処理を行う測定手段と、請求項２の測定点マッピ
ング装置と、前記マッピングの際とは異なる位置に保持
された状態での前記半導体ウエハを撮像した結果に基づ
いて、前記選択測定点座標演算手段で選択された測定点
に対応する部位の座標を抽出する選択測定点対応部位座
標抽出手段と、抽出された測定点に対応する部位と測定
手段の測定実行位置との距離を算出する距離算出手段
と、距離算出手段による算出結果に基づいて、前記測定
手段の測定実行位置と前記保持手段との相対的位置を変
化させ、それによって前記選択された測定点に対応する
部位を順次に前記測定実行位置に移動させる移動手段と
を備える。

【００１２】

【作用】本発明請求項１に係る測定点マッピング装置で
は、まず、データ入力手段にて複数のチップの被測定基
板に対する相対位置データを入力し、相対位置データ記
憶手段にて記憶する。次に、複数の測定点のうちから抽
出された代表の測定点の座標を代表測定点座標記憶手段
に記憶させる。そして、測定点座標マッピング手段にて
複数の測定点の座標マップを得る。

【００１３】請求項２では、測定点座標マッピング手段
にて複数の測定点の座標マップを得る場合、代表測定点
座標記憶手段に記憶した代表の測定点の座標と相対位置
データ記憶手段にて記憶された相対位置データとから、
選択測定点座標演算手段は測定の候補となる全測定点の
座標を演算し、求めた測定点候補のうちから、選択指定
手段から指定を受けた、複数のチップのうちの一部のチ
ップに対応する測定点の座標のみを選択する。そして、
選択測定点座標演算手段で測定点の座標のみを、選択測
定点座標記憶手段にて記憶する。そうすると、測定時に
一部の測定点のみをサンプルとして抽出し測定すること
が可能となる。

【００１４】また、請求項３に係る半導体ウエハの測定
装置のように、半導体ウエハ１の複数の箇所について繰
り返し測定処理するような場合に、測定点をマッピング
するための時間が短くなる。

【００１５】

【実施例】

＜半導体ウエハの説明＞まず、本発明の一実施例におい
て処理対象となる被測定基板となる半導体ウエハ１につ
いて説明する。該半導体ウエハ１は、例えば図１の如
く、シリコン窒化膜１ａとシリコン酸化膜２の各薄膜が
パターニングされて成り、後工程においてシリコン酸化
膜２中の格子状のスクライブラインＳＣに沿って切断
（ダイシング）されることで複数個のチップに分断され
るものである。そして、本実施例の半導体ウエハ１の所
定の複数位置には、例えば図２の如く、膜厚測定点とし
ての複数の測定点Ｐ１が設定される。かかる測定点Ｐ１
は図２のように全てのチップに付随して１個ずつ設定し
てもよいし、あるいは、いくつかのチップをサンプルと
して選択し当該チップに対応する数の測定点Ｐ１ｕのみ
を限定（選択）して設定してもよい。ここで、該複数個
の測定点Ｐ１は、図１の如く、膜厚測定の対象となる各
チップのパターン（シリコン窒化膜１ａとシリコン酸化
膜２の各薄膜）の配置に対して予め決められた所定の位
置に設定される。

【００１６】＜膜厚測定装置の構成＞次に、本実施例の
膜厚測定装置の構成について説明する。図３は本実施例
の測定点マッピング装置が適用された膜厚測定装置を示
す図であり、図４はその膜厚測定装置のブロック図であ
る。以下の説明では、半導体ウエハの説明、および膜厚
測定装置の構成および動作を説明することにより、本実
施例の測定点マッピング装置の構成および動作を明らか
にする。

【００１７】本実施例の膜厚測定装置は、基準となる半
導体ウエハ１で作成したマッピング座標と実際にステー
ジ上に置かれた半導体ウエハ１との位置ずれをパターン
マッチングを用いて補正してから膜厚を測定するもので
ある。該膜厚測定装置は、図３、図５の如く、同一パタ
ーンの複数のチップが形成された半導体ウエハ１につい
て複数の測定点座標を決定および記憶する測定点マッピ
ング装置９と、該測定点マッピング装置の前記ステージ
上に搭載された前記半導体ウエハ１に照明光を照射する
照明光学系１０と、前記半導体ウエハ１での反射光を所
定位置に集光させて結像する結像光学系２０と、撮像手
段に基づいて前記ステージの位置を制御する制御部６０
ａ（図５）とを備える。

【００１８】前記測定点マッピング装置９は、図４に示
した後述の制御ユニット６０のメモリ６２に記憶された
プログラムにしたがってＣＰＵ６１が実現する各機能ブ
ロックに相当し、図５の如く、次の（ａ）〜（ｃ）を備
えている。

【００１９】（ａ） 半導体ウエハ１に対する複数のチ
ップの設計上の相対位置関係を規定するための相対位置
データを記憶する相対位置データ記憶手段９ａ、（ｂ）
半導体ウエハ１の撮像結果から抽出してＸＹステージ
に付設したＸＹステージエンコーダ３２より読み取っ
た、代表となる測定点Ｐ１ｓ（以下「代表測定点」とい
う）のＸＹステージ上の座標を記憶する代表測定点座標
記憶手段９ｂ、（ｃ） 前記代表測定点Ｐ１ｓのＸＹス
テージ上の二次元的座標と前記相対位置データとに基づ
いて、前記複数の測定点Ｐ１の夫々の座標を演算して求
め、それによって前記複数の測定点Ｐ１の座標マップを
得る測定点座標マッピング手段９ｃ。

【００２０】そして、該測定点座標マッピング手段９ｃ
は、次の（ｊ），（ｋ）を備えている。

【００２１】（ｊ） 前記複数のチップの全部に付随し
て設定された測定点（Ｐ１）候補のすべての座標を、前
記代表測定点Ｐ１ｓの座標と前記相対位置データとに基
づいて演算するとともに、測定点（Ｐ１）候補のうちか
ら、選択指定手段としてのパネルキー６５からの操作に
基づいて、前記一部のチップに対応する測定点Ｐ１ｕの
みを選択し、（以下、「選択測定点」と称す；本実施例
では、図２の如く、前記代表測定点Ｐ１ｓを選択測定点
Ｐ１ｕに含めるため、該選択測定点Ｐ１ｕは合計９個設
定している）チップの選択情報を第２のＣＲＴ７５に表
示させる選択測定点座標演算手段９ｊ、（ｋ） 前記選
択測定点座標演算手段９ｊで選択された選択測定点Ｐ１
ｕの座標を記憶する選択測定点座標記憶手段９ｋ。

【００２２】また、前記照明光学系１０には、白色光を
出射する光源１１が設けられており、該光源１１からの
光はコンデンサーレンズ１２、開口絞り１３、視野絞り
１４およびコンデンサーレンズ１５を介して結像光学系
２０に入射される。

【００２３】前記結像光学系２０は対物レンズ２１、ビ
ームスプリッタ２２および結像レンズ２３からなり、照
明光学系１０からの照明光はビームスプリッタ２２によ
って反射させ、対物レンズ２１を介して所定の照明位置
ＩＬに照射される。なお、図３中の２４は瞳位置を示し
ている。

【００２４】前記照明位置ＩＬの近傍には、前記ＸＹス
テージ３０（保持手段）が配置されている。該ＸＹステ
ージ３０は、前記半導体ウエハ１を被測定基板として搭
載しながら、ＸＹステージ駆動回路３１からの制御信号
に応じてＸ，Ｙ方向に移動し、半導体ウエハ１表面の任
意の領域（撮像を所望する領域）を照明位置ＩＬに位置
させる。該ＸＹステージ３０には、その位置（Ｘ，Ｙ座
標）を検出して、その位置情報を装置全体を制御する前
記制御ユニット６０の制御部６０ａ（図５）に与えるＸ
Ｙステージエンコーダ３２が付設されている。

【００２５】前記照明位置ＩＬに位置する半導体ウエハ
１の撮像領域で反射された光は、図３の如く、対物レン
ズ２１、ビームスプリッタ２２および結像レンズ２３を
介して所定の結像位置に集光され、撮像領域の像が拡大
投影される。該結像位置の近傍には、中心部にピンホー
ル４１を有する反射鏡４０が配置されている。そのた
め、反射光のうちピンホール４１を通過した反射光ＬS
が測定手段としての分光ユニット５０に入射される。

【００２６】前記分光ユニット５０は、反射光ＬS を分
光する回折格子５１と、回折格子５１により回折された
回折光の分光スペクトルを検出する光検出器５２とで構
成されている。回折格子５１としては、例えば分光スペ
クトルを平面上に結像するフラットフィールド型回折格
子や掃引機構付の回折格子などを用いることができる。
一方、光検出器５２は、例えばフォトダイオードアレイ
やＣＣＤなどにより構成されており、ピンホール４１と
共役な関係に配置されている。このため、分光ユニット
５０に取り込まれた光ＬS は回折格子５１によって分光
され、その光ＬS の分光スペクトルに対応した信号が光
検出器５２から演算回路５３（図４）に与えられる。該
演算回路５３では、その信号に基づき従来より周知の手
法（ここでは、その説明は省略する）を用いて半導体ウ
エハ１に形成された薄膜の膜厚を求め、その結果を制御
ユニット６０に出力する。

【００２７】一方、前記半導体ウエハ１からの光のうち
反射鏡４０により反射された反射光は、前記撮像ユニッ
ト７０に入射される。すなわち、該撮像ユニット７０で
は、反射鏡４０からの反射光がリレーレンズ７１を介し
て２次元撮像カメラ７２の撮像面７２ａ上に集光され
る。これによって、半導体ウエハ１の撮像領域の像が結
像される。なお、２次元撮像カメラ７２によって撮像さ
れた画像（入力画像）に関連する画像信号は、図４の如
く、画像処理ユニット７３にて所定の処理が施された
後、ＣＲＴ７４上に表示されるとともに、制御ユニット
６０の制御部６０ａに出力される。

【００２８】また、前記制御ユニット６０は、図４に示
すように、論理演算を実行する周知のＣＰＵ６１と、そ
のＣＰＵ６１を制御する種々のプログラム等を予め記憶
するとともに、装置動作中に種々のデータを一時的に記
憶するメモリ６２とを備えている。これらＣＰＵ６１、
メモリ６２は夫々コモンバス６３によって相互に接続さ
れる一方、そのコモンバス６３を介して入出力ポート６
４とも接続されている。そして、その入出力ポート６４
により制御ユニット６０は外部との入出力、例えば前記
パネルキー６５や、前記ＸＹステージ駆動回路３１、前
記演算回路５３、ＸＹステージエンコーダ３２、第２の
ＣＲＴ７５および前記画像処理ユニット７３との間で信
号の授受を行う。

【００２９】そして、該制御ユニット６０内の制御部６
０ａは、図５の如く、測定時において選択測定点座標記
憶手段９ｋに記憶されている各座標に基づいてＸＹステ
ージ３０を移動させる選択測定点移動指令手段８１と、
各選択測定点Ｐ１ｕに対応する選択測定点に対応する部
位Ｐ１ｕ’（以下「選択測定点対応部位」という）を測
定時に抽出するためのパターンマッチング用の基準画像
を予め記憶する基準画像記憶手段８４と、測定時に前記
画像処理ユニット７３からの画像情報と、基準画像記憶
手段８４に記憶されている基準画像情報とでパターンマ
ッチングを行い、選択測定点座標記憶手段９ｋに記憶さ
れた各選択測定点Ｐ１ｕに対応する選択測定点対応部位
Ｐ１ｕ’の画像上の座標を抽出する選択測定点対応部位
座標抽出手段８７と、測定実行位置、すなわちピンホー
ル４１に対応して光学的に予め設定されている位置Ｐ３
（以下この位置を「測定目標点」と称す）の画像上の座
標を予め記憶する測定目標点記憶手段８５と、測定目標
点記憶手段８５に記憶された測定目標点Ｐ３の画像上の
座標と、選択測定点対応部位座標抽出手段８７により抽
出された各選択測定点対応部位Ｐ１ｕ’の画像上の座標
との距離と方向を算出し、ＸＹステージ３０上の距離と
方向に変換する距離算出手段８６と、前記距離算出手段
８６により算出結果に基づいて各選択測定点対応部位Ｐ
１ｕ’が測定目標点Ｐ３に一致するようにＸＹステージ
駆動回路３１に移動指令信号を出す選択測定点対応部位
移動指令手段９４とを備えている。

【００３０】なお、選択測定点移動指令手段８１、選択
測定点対応部位座標抽出手段８７、測定目標点記憶手段
８５、距離算出手段８６および選択測定点対応部位移動
指令手段９４は、前記メモリ６２に記憶されたプログラ
ムにしたがって前記ＣＰＵ６１が実現する各機能ブロッ
クに相当する。

【００３１】＜動作＞次に、上記の膜厚測定装置の動作
の概略について図６のフローチャートを参照しつつ説明
する（詳細は後述）。まず、実際の膜厚測定に先立っ
て、登録用の半導体ウエハ１を使用することにより、膜
厚測定を行う複数の測定点座標を決定および記憶（測定
点マッピング）や画像位置検出を行うための基準画像の
登録を行う（ステップＳ１）。しかる後、実際の測定対
象となる半導体ウエハ１を搬送し（ステップＳ２）、選
択測定点対応部位Ｐ１ｕ’が画像中心の測定目標点Ｐ３
の近傍となるようにＸＹステージ３０の駆動によって半
導体ウエハ１を移動させる（ステップＳ３）。この時点
で位置検出を行い（ステップＳ４）、選択測定点対応部
位Ｐ１ｕ’を測定実行位置である測定目標点Ｐ３に移動
させる（ステップＳ５）。この測定目標点Ｐ３は、ピン
ホール４１に対応して光学的に予め設定されている不動
の位置である。そして、選択測定点対応部位Ｐ１ｕ’に
ついて膜厚測定を実行する（ステップＳ６）。そして、
全選択測定点対応部位Ｐ１ｕ’について測定が完了した
か否かを判断し（ステップＳ７）、まだ完了していない
場合は再びステップＳ３からの処理を繰り返す。一方、
全選択測定点対応部位Ｐ１ｕ’について測定が完了した
と判断した場合は、半導体ウエハ１を搬出する（ステッ
プＳ８）。以上の動作を、複数個の半導体ウエハ１につ
いて実行し（ステップＳ９）、全ての半導体ウエハ１に
ついて測定が完了したら、動作を終了する。ここで、ス
テップＳ１の登録処理と、ステップＳ４からステップＳ
６までの位置検出、移動および膜厚測定処理について夫
々詳述する。

【００３２】１）登録処理 図７は、本実施例の登録処理の手順を示すフローチャー
トである。登録処理を行うにあたっては、まず、パネル
キー６５にて、複数のチップの半導体ウエハ１に対する
設計上の相対位置データを入力する。ここで、該相対位
置データとは次の４種類のデータを言う。

【００３３】半導体ウエハ１のサイズデータ（オリエ
ンテーションフラット：オリフラの位置データを含
む）、 半導体ウエハ１内のチップの配列間隔データ、 半導体ウエハ１の中心点の位置データ、 半導体ウエハ１内で中心に位置するチップの前記中心
点からのずれ量（オフセット）のデータ。

【００３４】なお、上記のオフセットに関するデータ
を設定するのは、半導体ウエハ１内でのチップの取れ量
を最大にしたい場合に、中心点に位置するチップを半導
体ウエハ１の中心からＸＹ方向に若干寸法（例えば１０
ｍｍ×１０ｍｍ）だけ意図的にずらして設定することが
あるからである。ここで、入力された相対位置データ
は、メモリ６２の相対位置データ記憶手段９ａ内に記憶
される。

【００３５】次に、図示を省略するハンドリング・マシ
ンによって登録用の半導体ウエハ１を一定精度で位置決
めしながらＸＹステージ３０上に搬送する（ステップＳ
１１）。そして、オペレータがパネルキー６５を操作し
て、いずれか１のチップについて、ＣＲＴ７４に映し出
される入力画像のほぼ中心に代表測定点Ｐ１ｓが位置す
るようＸＹステージ３０を移動させる。この際、反射鏡
４０にピンホール４１が形成されているために常に入力
画像のほぼ中心に現れる黒点状の影のような像（ピンホ
ール像）を測定目標点Ｐ３とし、図８の如く、該測定目
標点Ｐ３と代表測定点Ｐ１ｓとが互いに一致するように
ＸＹステージ３０を移動させる。そして、オペレータが
パネルキー６５に設けられた登録用のキー（図示省略）
を押すと、ＸＹステージエンコーダ３２から代表測定点
Ｐ１ｓのＸＹステージ３０上の座標値が読み取られ、こ
の座標値が入出力ポート６４を介してメモリ６２の代表
測定点座標記憶手段９ｂに記憶される（ステップ１
２）。そして、選択測定点座標演算手段９ｊが、ステッ
プＳ１０で入力された相対位置データと代表測定点座標
記憶手段９ｂに記憶された代表測定点Ｐ１ｓの座標値と
から、全ての測定点Ｐ１の座標値を測定点候補座標とし
て演算するとともに、測定点候補座標のうちから、パネ
ルキー６５からのチップの選択指令に基づいて、選択さ
れたチップに対応する測定点Ｐ１ｕのみを選択する。

【００３６】この際には、図９に示すようにＣＲＴ７５
中に相対位置データ記憶手段９ａに記憶された上記チッ
プの相対位置データに基づいた半導体ウエハ１のチップ
配列図が描かれ、チップ選択用十字型標線９３が表示さ
れる。該チップ選択用十字型標線９３はパネルキー６５
により上下左右に移動させることができ、かつその動き
は最初に求めた代表測定点Ｐ１ｓについてのチップに対
する相対座標に基づいているため、どのチップに移動し
たときもその相対的な位置が常に一定になっている。そ
こで、オペレータはパネルキー６５の操作でチップ選択
用十字型標線９３を移動させ、所望のチップ上で別のキ
ーを押すことで、全測定点のうち実際に測定する場所と
数をコントローラに対し指示・選択することができる。
この方法により、選択測定点座標演算手段９ｊで、測定
対象としてのいくつかのチップの測定点Ｐ１ｕ（「選択
測定点」）を選択し、そして、選択されたチップに対応
する選択測定点Ｐ１ｕの座標のみを、選択測定点座標記
憶手段９ｋにて記憶する（ステップＳ１３）。かかる選
択測定点Ｐ１ｕの選択および記憶を測定回数（本実施例
では９回）だけ繰り返す（ステップＳ１４）。本実施例
の場合、図２中の９個の測定点について登録を行って選
択測定点とするが、半導体ウエハ１中の測定点（Ｐ１）
候補の全てを選択測定点Ｐ１ｕとして選択してもよい。
こうして、複数の選択測定点Ｐ１ｕの座標値が選択測定
点座標記憶手段９ｋに記憶される。

【００３７】しかる後、図１０の如く、第１のＣＲＴ上
に描かれている画像中に表された枠型標線９２をパネル
キー６５により上下左右に移動させ、パターンマッチン
グに用いたい基本パターンとする画像を囲むとともに、
パネルキー６５の操作により十字型標線９１を測定点Ｐ
１に合わせ、パネルキー６５内の所定のキーを押し、基
本パターン形状と、基本パターンとする画像と測定点Ｐ
１（十字型標線９１の交点）との相対位置データとを基
準画像記憶手段８４に登録する（ステップＳ１５）。そ
の後、半導体ウエハ１を搬出し（ステップＳ１６）、登
録処理が完了する。

【００３８】２）位置検出、移動および膜厚測定処理 次に図１１にしたがって位置検出、移動および膜厚測定
動作の説明を続ける。上記した登録処理が完了すると、
ハンドリング・マシンによって膜厚測定の対象となる半
導体ウエハ１を一定精度で位置決めしながらＸＹステー
ジ３０上に搬送する（図１１中のステップＳ３１）。そ
して、選択測定点移動指令手段８１は、選択測定点座標
記憶手段９ｋに記憶されていた１ポイント目の選択測定
点Ｐ１ｕａの座標を読み出し、それに基づいてＸＹステ
ージ駆動回路３１を駆動し、ＸＹステージ３０を移動さ
せる（図１１中のステップＳ３２）。この際の位置決め
精度は、ある程度の誤差を有している。そして、画像処
理ユニット７３からの画像と基準画像記憶手段８４に記
憶されていた基準画像情報に基づいて選択測定点対応部
位座標抽出手段８７にてパターンマッチングを行ない実
際に膜厚測定を行いたい１ポイント目の選択測定点対応
部位Ｐ１ｕａ’の画像上の座標を抽出する。（図１１中
のステップＳ３３）。得られた１ポイント目の選択測定
点対応部位Ｐ１ｕａ’の画像上の座標と、測定目標点記
憶手段８５に記憶されていた測定目標点Ｐ３（ピンホー
ル像）の画像上での座標とから、距離算出手段８６は、
１ポイント目の選択測定点対応部位Ｐ１ｕａ’から測定
目標点Ｐ３までの画像上のＸＹ距離を計算するととも
に、その距離をＸＹステージ３０上の距離に変換する。
そして距離算出手段８６による算出結果に基づいて選択
測定点対応部位移動指令手段９４は、ＸＹステージ駆動
回路３１に移動信号を送信し、ＸＹステージ３０を移動
させ、図１２の如く測定目標点Ｐ３の位置に選択測定点
対応部位Ｐ１ｕａ’を自動的に合致させる（図１１中の
ステップＳ３４）。

【００３９】この時点で、図１２のように測定実行位置
（すなわち測定目標点Ｐ３）が実際に膜厚測定を行いた
い１ポイント目の選択測定点対応部位Ｐ１ｕａ’に合致
しているので、図３の如く、分光ユニット５０に入射さ
れた反射光ＬＳを分光し、この分光スペクトルを求め、
さらにその分光スペクトルから１ポイント目の選択測定
点対応部位Ｐ１ｕａ’での膜厚を求める（図１１中のス
テップＳ３５）。

【００４０】その後、同様にして、他の選択測定点Ｐ１
ｕに対し、ステップＳ３２からステップＳ３５の処理を
繰り返し、選択測定点対応部位の総数まで膜厚測定を繰
り返した後（ステップＳ３６）、半導体ウエハ１を搬出
する（ステップＳ３７）。

【００４１】＜変形例＞ （１）上記実施例において、半導体ウエハ１はシリコン
窒化膜１ａとシリコン酸化膜２の各薄膜がパターニング
されて成るものとして説明したが、このことは、半導体
ウエハ１の材料を限定するものではなく、明暗等により
両パターンの境界（特に角点）を光学的に特定できるも
のであれば、その他のいかなる半導体材料であってもよ
く、また、半導体ウエハ１としては、半導体の製造工程
中のいかなる積層工程のものであってもよい。

【００４２】（２）上記実施例では、全測定点（測定点
候補のすべて）を選択測定点として指定する場合にも、
作業者によって十字型標線９３にて全測定点を選択して
いたが、図１３の如く、全測定点を選択するか否かをキ
ー選択し（ステップＳ１７）、全測定点を選択する場合
は相対位置データ記憶手段９ａに記憶された相対位置デ
ータに基づいて自動的に演算（ステップＳ１８）しても
よい。

【００４３】

【発明の効果】本発明の請求項１によると、データ入力
手段にて複数のチップの被測定基板に対する相対位置デ
ータを入力し、相対位置データ記憶手段にて記憶すると
ともに、複数の測定点のうちから抽出した代表の測定点
の座標を代表測定点座標記憶手段に記憶するだけで、測
定点座標マッピング手段にて複数の測定点の座標マップ
を得ることができるので、測定点の座標を極めて効率的
にマッピングでき、作業時間を短縮できるという効果が
ある。

【００４４】本発明の請求項２によると、測定の候補と
なる全測定点のうち、測定対象としてのいくつかのチッ
プにおける測定点のみを選択測定点座標演算手段にて選
択しその座標のみを選択測定点座標記憶手段にて記憶す
ることができ、測定時に一部の測定点のみをサンプルと
して抽出し測定することが可能となる。したがって、全
てのチップについて測定を行う場合に比べて、測定作業
時間を大幅に短縮できるという効果がある。

【００４５】本発明の請求項３によると、半導体ウエハ
１の複数の箇所について繰り返し測定処理するような場
合に、測定点をマッピングするための時間が短くなり、
測定処理効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における画像上での半導体ウ
エハの表面を示す拡大図である。

【図２】本発明の一実施例で取り扱う半導体ウエハおよ
びその測定点を示す平面図である。

【図３】本発明の一実施例の測定点マッピング装置が適
用された膜厚測定装置を示す図である。

【図４】本発明の一実施例の測定点マッピング装置が適
用された膜厚測定装置のブロック図である。

【図５】本発明の一実施例の制御ユニットの内部構成を
示すブロック図である。

【図６】本発明の一実施例の測定点マッピング装置が適
用された膜厚測定装置の動作を示すフローチャートであ
る。

【図７】本発明の一実施例の測定点マッピング装置の登
録処理の手順を示すフローチャートである。

【図８】本発明の一実施例における画像上での半導体ウ
エハの表面を示す拡大図である。

【図９】本発明の一実施例の測定点マッピング装置にお
いてチップを選択する際に表示される半導体ウエハのチ
ップ配列の様子を示す拡大図である。

【図１０】本発明の一実施例の登録処理における画像上
での半導体ウエハの様子を示す図である。

【図１１】本発明の一実施例の測定点マッピング装置に
おける位置検出、移動および膜厚測定処理の手順を示す
フローチャートである。

【図１２】本発明の一実施例の膜厚測定処理における画
像上での半導体ウエハの様子を示す図である。

【図１３】本発明のさらに他の実施例の測定点マッピン
グ装置の登録処理の手順を示すフローチャートである。

【図１４】従来例の測定点マッピング装置における半導
体ウエハを示す図である。

【図１５】従来例の測定点マッピング装置において撮像
された画像のうちの枠型標線内の部分を示す図である。

【図１６】従来例における画像中の枠型標線および十字
型標線を示す図である。

【図１７】従来例における画像中の枠型標線および十字
型標線を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体ウエハ １ａ シリコン窒化膜 ２ シリコン酸化膜 Ｐ１ 測定点 Ｐ１ｓ 代表測定点 Ｐ１ｕ 選択測定点 Ｐ３ 測定目標点 ９ 測定点マッピング装置 ９ａ 相対位置データ記憶手段 ９ｂ 代表測定点座標記憶手段 ９ｃ 測定点座標マッピング手段 ９ｊ 選択測定点座標演算手段 ９ｋ 選択測定点座標記憶手段 １０ 照明光学系 ２０ 結像光学系 ３０ ＸＹステージ ３１ ＸＹステージ駆動回路 ３２ Ｘステージエンコーダ ４０ 反射鏡 ４１ ピンホール ５０ 分光ユニット ６０ 制御ユニット ６０ａ 制御部 ７０ 撮像ユニット ８１ 選択測定点移動指令手段 ８４ 基準画像記憶手段 ８７ 選択測定点対応部位座標抽出手段 ８５ 測定目標点記憶手段 ８６ 距離算出手段 ９４ 選択測定点対応部位移動指令手段 ９１ 十字型標線 ９２ 枠型標線 ９３ チップ選択用十字型標線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のチップが切り出されるべき被測定
   基板について、複数の測定点を前記複数のチップの全部
   または一部の夫々に付随させて配分し、前記複数の測定
   点の夫々の座標を決定してマッピングする装置であっ
   て、 前記被測定基板に対する前記複数のチップの設計上の相
   対位置関係を規定するための相対位置データを記憶する
   相対位置データ記憶手段と、 前記被測定基板の撮像結果に基づいて、前記複数の測定
   点のうちから抽出された代表の測定点の座標を記憶する
   代表測定点座標記憶手段と、 前記代表の測定点の座標と前記相対位置データとに基づ
   いて、前記複数の測定点の夫々の座標を演算して求め、
   それによって前記複数の測定点の座標マップを得る測定
   点座標マッピング手段とを備える測定点マッピング装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の測定点マッピング装置で
   あって、 前記測定点座標マッピング手段が、 前記複数のチップの全部に付随して設定された測定点候
   補のすべての座標を、前記特定の測定点の二次元的座標
   と前記相対位置データとに基づいて演算するとともに、
   求めた測定点候補のうちから、選択指定手段から指定を
   受けることにより、前記複数のチップのうちの一部のチ
   ップに対応する測定点のみを選択する選択測定点座標演
   算手段と、 前記選択測定点座標演算手段で選択された測定点の各々
   の座標を記憶する選択測定点座標記憶手段とを備える測
   定点マッピング装置。
3. 【請求項３】 被測定基板としての半導体ウエハに測定
   処理を施すための測定装置であって、 前記測定装置は、 前記半導体ウエハを保持する保持手段と、 前記半導体ウエハについて前記測定処理を行う測定手段
   と、 請求項２記載の測定点マッピング装置と、 前記マッピングの際とは異なる位置に保持された状態で
   の前記半導体ウエハを撮像した結果に基づいて、前記選
   択測定点座標演算手段で選択された測定点に対応する部
   位の座標を抽出する選択測定点対応部位座標抽出手段
   と、 抽出された測定点に対応する部位と測定手段の測定実行
   位置との距離を算出する距離算出手段と、 距離算出手段による算出結果に基づいて、前記測定手段
   の測定実行位置と前記保持手段との相対的位置を変化さ
   せ、それによって前記選択された測定点に対応する部位
   を順次に前記測定実行位置に移動させる移動手段とを備
   える半導体ウエハの測定装置。