JPH09196629A - 半導体の製造工程で使用される膜の厚さの測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチング工程から移送されたウェーハ上の
薄膜の厚さの測定の際に、基準チップの不純物ガスによ
る汚染の防止と、測定データの信頼性と正確性の保証と
を可能にする半導体の製造工程で使用される膜の厚さの
測定装置を提供すること。 【解決手段】 汚染防止手段２０としての排出手段３０
の入口部３２をウェーハ・ステージ３のへりの方に向
け、出口部３４を本体１０の外側に向け、排出手段３０
の入口部３２の内側に吸入手段４０を設置し、吸入手段
４０の駆動によって、エッチング工程から移送されたウ
ェーハの表面に存在する不純物ガスを排出手段３０の出
口部３４の方に強制送風して除去することにより、ウェ
ーハ・ステージ３のへりの近傍に設置した基準データ提
供用の基準チップ２の汚染を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造工程
で使用される膜の厚さの測定装置に関するものであり、
特に測定しようとするウェーハの表面に存在するエッチ
ング・ガスのような不純物ガスによる汚染を防止し、測
定されたデータに対する信頼度を高め、基準チップの洗
浄の所要時間を顕著に短縮する半導体の製造工程で使用
される膜の厚さの測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程でウェーハの表面
に塗布される薄膜の厚さを正確に測定することは、安定
的な工程遂行のためには必須である。

【０００３】光学的な方法で膜の厚さを測定する様々な
技術が提案されており、たとえば、特開昭５３ー４２７
５９号公報（以下、第１公報という）には、波長幅を有
する光束を偏向板で偏向させた後に、入射角度をブリュ
ースタ角θB に設定し、基板上の被検物体を照明し、被
検物体の第１面と第２面からの反射光束をそれぞれＳ偏
向成分の光束と、Ｓ偏向、Ｐ偏向の両方の成分に分割し
て、ビーム・スプリッタ、偏向板、ミラーにより再度重
ね合わせ、偏向板を通して光検出器に導き、この状態で
いずれか一方の光路長を変化させ、光検出器により得ら
れる信号から被検物体の厚さを測定することが開示され
ている。

【０００４】同様に、光電変換技術を応用する特開昭６
２ー７１８０４号公報（以下、第２公報という）には、
白色光をビーム・スプリッタを介してウェーハ上に塗布
されたレジストに照射して、それぞれの反射光を分光プ
リズムにより分光しレンズにより光電検出素子に集光さ
せ、両反射光が干渉して光電検出素子上で明暗の干渉縞
を生成し、この明暗の干渉縞を光電的に検出して、膜の
厚さを求めることが開示されている。

【０００５】また、特開平２ー９０６４４号公報（以
下、第３公報という）には、薄膜に単色光を入射させ、
薄膜により干渉を受けた反射光の強度を測定することに
より、薄膜の堆積時間または薄膜のエッチング時間を制
御して薄膜エッチング終点を知ることができる旨を開示
している。

【０００６】さらに、特開平６ー４２９２３号公報（以
下、第４公報という）には、白色光源とレンズにより生
成された光ビームを狭帯域フイルタを透過して複数の波
長の異なる単色性光を生成させて球面真空チャックで変
形させたウェーハに照射し、ウェーハからの波長依存性
干渉フリンジパターンの反射光をビーム・スプリッタを
介してレンズに入射させ、レンズで波長依存性干渉フリ
ンジパターン像をＣＣＤカメラのアレイ検出器に集光さ
せて波長依存性干渉フリンジパターンを検出し、その検
出結果をコンピュータにより既知の薄膜層のプロフィル
を有する校正ウェーハの反射率と測定されたウェーハの
スペクトル反射率とを比較してウェーハの厚さを測定す
ることが開示されている。

【０００７】このように、上記第１ないし第４公報を含
む従来の技術でも、光学的手法により半導体装置の薄膜
の厚さを測定することが知られているが、それらの中で
一番正確であり、かつデータの収集および分析の側面で
一番速いのがＣＡＲＩＳ(constant angle reflection i
nterference spectroscopy) 技術を応用したものであ
る。

【０００８】このようなＣＡＲＩＳ技術では、サンプル
の表面に白色光源(white light source)から発生された
光ビームを照射し、波長が４００〜８００ｎｍの範囲の
反射光の強度(intensity) を測定して膜の厚さを算出す
る。

【０００９】上記のＣＡＲＩＳ技術による膜の厚さの測
定に対する例として、ウェーハの表面に単一層の膜を所
定の厚さで塗布し、その塗布された膜をサンプルとし
て、その厚さを測定しようとする場合を説明する。

【００１０】まず、サンプルに白色光源から発生された
光ビームを照射すると、膜の表面から反射された光と、
膜とウェーハの間の周囲から反射された光が結合して補
強干渉(consutuctive interferance) と相殺干渉(destr
uctive interferance)が起こる。

【００１１】そして、このような干渉現象によって形成
される波長による反射光の強度曲線、すなわち、スペク
トル応答曲線(special respnse curve) での最大値と最
小値が得られるようになる。

【００１２】以上の上述したようなＣＡＲＩＳ技術を応
用したウェーハの膜の厚さの測定装置は、図３の概略構
成を示す斜視図に示されており、この図３における膜の
厚さの測定装置１は図示されているように、上面に各種
の制御機器らが設置された本体１０と、上記の本体１０
の上面の所定の位置に設置され、膜の厚さを設置しよう
とするウェーハが置かれるウェーハ・ステージ３(wafer
stage) と、上記のウェーハ・ステージ３のへりの外側
の近接した位置に設置され、膜の厚さの測定の基準デー
タを提供する基準チップ２(reference chip)と、上記の
本体１０の上面の所定位置に設置された状態で装置の作
動によって出力される各種のデータを収集し、これを分
析するコンピュータ４とを具備する。

【００１３】このような膜の厚さの測定装置１を用いて
ウェーハ表面に塗布された薄膜の厚さを測定する過程を
簡略に説明すると、次の通りである。

【００１４】まず、ハロゲン・ランプ(halogen lamp)の
ような白色光源から放出される光ビームを基準チップ２
に照射し、上記の基準チップ２から反射される光ビーム
のスペクトル応答を測定する。この際、基準チップ２は
ベースライン・スペクトル(baseline spectrum) を示
す。

【００１５】このようにして、基準チップ２に対するス
ペクトル応答を測定した後、ウェーハの表面に塗布され
た薄膜に対して光ビームを照射して反射される光ビーム
のスペクトル応答を上記の基準チップ２のスペクトル応
答とともに正規化する。

【００１６】その後、上記のウェーハ表面の薄膜から反
射された光ビームの相対的な強度、すなわち、相対的な
反射強度を計算し、これにより、膜の厚さを計算する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなＣ
ＡＲＩＳ技術を利用した膜の厚さの測定装置を利用し
て、エッチング工程が行われたウェーハ上の膜の厚さを
測定する場合には、ウェーハに存在するエッチング・ガ
ス（たとえば、Ｂｒ）などの不純物ガスによって、基準
チップ２が汚染され、所期の基準チップのスペクトル応
答が正確に得られないので、測定データの正確度および
信頼性が落ち、その結果、ウェーハの薄膜の厚さの測定
が不正確に行われるという深刻な課題があった。

【００１８】一方、このような基準チップ２の汚染を除
去するために、従来は本体１０の上面に設置された基準
チップ２を随時に（一日に数回）分離して洗浄してい
た。

【００１９】ところが、このような基準チップ２の洗浄
による予防保全(preventive maintenance)は平均的に一
日に３回程行わなければならず、１回の予防保全には１
時間程度が所要されるので、月（３０日）当たり約９０
時間の予防保全時間が所要されるし、作業性および生産
性が顕著に低下されることは勿論のこと、工程遂行も不
安定に行われるという課題があった。

【００２０】本発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的はエッチング工程か
ら移送されたウェーハ上の薄膜の厚さの測定に際し、ウ
ェーハの表面に存在するエッチング・ガスなどの不純物
・ガスを吸入・排出されるようにして、基準チップが不
純物ガスによって汚染されるのを防ぐことにより、測定
されたデータの信頼性および正確性が保証できるように
すると同時に、作業性および生産性を顕著に向上させる
ことができる新しい形態の半導体の製造工程で使用され
る膜の厚さの測定装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体の製造工
程で使用される膜の厚さの測定装置は、各種の制御機器
が設置された本体上面の所定の位置に設置されるウェー
ハ・ステージのへり部分の外側の近接した位置に膜の厚
さの測定の基準のデータを提供する基準チップを設置す
る。さらに、エッチング工程から移送されたウェーハの
表面に存在するエッチング・ガスなどの不純物ガスを除
去し、上記の基準チップの汚染を防止する汚染防止手段
を上記のウェーハ・ステージのへり部分に設置するよう
にしたものである。

【００２２】本発明の半導体の製造工程で使用される膜
の厚さの測定装置によれば、エッチング工程から移送さ
れたウェーハの表面に塗布された膜の厚さを測定する場
合に、ウェーハの表面に存在するエッチング・ガスなど
の不純物ガスを汚染防止手段で除去することにより、ウ
ェーハ・ステージの近傍の基準チップが不純物ガスによ
って汚染されるのを防止し、基準チップから得られる測
定の基準データが正確になる。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の半導体の製造工程
で使用される膜の厚さの測定装置の一実施の形態につい
て添付された図面により詳しく説明する。

【００２４】図１はこの一実施の形態の構成を示す斜視
図であり、この図１において、図３に図示された従来例
の構成要素と同一構成要素に対しては同一の参照符号を
付して説明する。

【００２５】図１に図示されるように、本発明における
ウェーハの膜の厚さの測定装置１は、各種の制御機器が
設置された本体１０と、上記の本体１０の上面の所定の
位置に設置されるウェーハ・ステージ３と、上記のウェ
ーハ・ステージ３のへり分部の外側の近接した位置に設
置されて膜の厚さの測定の基準データを提供する基準チ
ップ２と、上記の本体１０の所定の位置に設置された状
態で装置の作動により出力される各種のデータを収集
し、これを分析するコンピュータ４とが具備された半導
体の製造工程に使用される膜の厚さの測定装置におい
て、エッチング工程から移送されて上記のウェーハ・ス
テージ３の上に置かれるウェーハ（図示せず）の表面に
存在するエッチング・ガスを除去して、基準チップ２の
汚染を防止する汚染防止手段２０が設けられている。

【００２６】汚染防止手段２０は、図１および汚染防止
手段２０の拡大斜視図の図２に図示されているように、
入口部３２が上記のウェーハ・ステージ３のへりの上方
でそのウェーハ・ステージ３の方に向けて位置され、出
口部３４は本体１０の外側に向けて設けられる排出手段
３０と、上記の排出手段３０の入口部３２の内側に設け
られた状態で電流の供給によって決められた方向に回転
しながら上記のウェーハ・ステージ３の上のウェーハの
表面に存在する不純物ガスが排出手段３０の出口部３４
の方に強制送風されるようにする吸入手段４０とにより
形成された構造となっている。

【００２７】上記の排出手段３０は所定の大きさの内径
を有する排気チューブ３６であり、上記の吸入手段４０
は上記の排気チューブ３６の入口部３２に設置される吸
入パン４２より構成される。

【００２８】吸入パン４２は上記のウェーハがウェーハ
・ステージ３の上に置かれると同時に自動的に駆動でき
るように構成されており、あるいは作業者がウェーハ・
ステージ３の上にウェーハが置かれるのを肉眼で観察し
た後に、別途のスイッチ（図示せず）を操作することに
より駆動できるように構成されている。

【００２９】次に、このように構成された本発明の作動
を説明する。図２に図示されているように、エッチング
工程が完了された状態のウェーハの表面に塗布された薄
膜の厚さを測定しようとする場合に、上記のエッチング
工程が完了されたウェーハが別途の駆動手段（図示せ
ず）によって本発明による膜の厚さの測定装置１のウェ
ーハ・ステージ３の上に置かれると、上記の汚染防止手
段２０の吸入手段４０を構成する吸入パン４２が自動あ
るいは作業者のスイッチ操作によって決められた方向、
決められた時間で回転しながら、上記のウェーハ・ステ
ージ３の周囲の空気が排出手段３０を構成する排気チュ
ーブ３６の内側に吸入され、これに伴って上記のウェー
ハの表面に存在するＢｒなどのエッチング・ガスやその
他の不純物ガスもまた上記の排気チューブ３６の内側に
吸入されて、出口部３４を通して排出される。

【００３０】このように、上記の吸入パン４２が決めら
れた時間の間に駆動されることによって、上記のウェー
ハの表面に存在するエッチング・ガスなどの不純物ガス
が強制排出され、除去された後には、決められた手順に
よってまず基準チップ２に対して光ビームが照射された
後に反射される光ビームのスペクトル応答値が測定さ
れ、次に上記のウェーハに対して光ビームが照射され、
ウェーハから反射される光ビームのスペクトル応答値が
測定され、これらの応答値に対する比較算出によって上
記のウェーハの表面に塗布された薄膜の厚さが得られ
る。

【００３１】上記のように、この実施の形態では、汚染
防止手段２０が設置され、ウェーハの表面に存在するエ
ッチング・ガスによる基準チップの汚染を防止できるの
で、測定データがより正確になるという効果が得られ
る。

【００３２】また、基準チップ２の洗浄作業（予防保
全）が三日に１回程度で遂行されても十分であるので、
月（３０日）当たり約１０時間の予防保全時間程度のみ
が必要である。これは、従来に比べて月当たり８０時間
の予防保全時間の減少効果が得られ、その結果、作業性
および生産性の顕著な向上と工程の安定化に大きな効果
がある。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体の製造工
程で使用される膜の厚さの測定装置によれば、ウェーハ
・ステージのへり部分に汚染防止手段を設け、エッチン
グ工程から移送されたウェーハの上の薄膜厚さの測定の
際に、ウェーハの表面に存在するエッチング・ガスなど
の不純物ガスをこの汚染防止手段で除去することによ
り、基準チップの汚染を防止するようにしたので、基準
チップに対して光ビームを照射してその反射光ビームの
スペクトル応答値の測定結果が高精度になるとともに、
基準チップに対する洗浄作業などの予防保全時間の短縮
と、作業性と生産性の向上と、工程の安定化が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体の製造工程で使用される膜
の厚さの測定装置の一実施の形態の構成を示す斜視図。

【図２】図１のウェーハ・ステージ付近の拡大斜視図。

【図３】従来の半導体の製造工程で使用される膜の厚さ
の測定装置の概略構成を示す斜視図。

【符号の説明】

１ 膜の厚さの測定装置 ２ 基準チップ ３ ウェーハ・ステージ １０ 本体 ２０ 汚染防止手段 ３０ 排出手段 ３２ 入口部 ３４ 出口部 ３６ 排気チューブ ４０ 吸入手段 ４２ 吸入パン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 李 相 吉 大韓民国京畿道龍仁郡基興邑農書里山24番 地

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種の制御機器が設置された本体と、上
   記の本体の上面の所定の位置に設置されるウェーハ・ス
   テージと、上記のウェーハ・ステージのへり部分の外側
   の近接した位置に設置されて膜の厚さの測定の基準デー
   タを提供する基準チップと、上記の本体の上の所定の位
   置に設けられた状態で装置の作動によって出力される各
   種のデータを収集してそれを分析するコンピュータとが
   具備された半導体の製造工程で使用される膜の厚さの測
   定装置において、 上記のウェーハ・ステージのへり部分に設けられてエッ
   チング工程から移送されたウェーハの表面に存在するエ
   ッチング・ガスなどの不純物ガスを除去し、上記の基準
   チップの汚染を防止する汚染防止手段が具備されること
   を特徴とする半導体の製造工程で使用される膜の厚さの
   測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体の製造工程で使用
   される膜の厚さの測定装置において、 上記の汚染防止手段は、 入口部が上記のウェーハ・ステージのへり部分の上方で
   そのウェーハ・ステージの方に向けて位置され、出口部
   は本体の外側に向けて設置される排出手段と、 上記の排出手段の入口部の内側に設置された状態で電流
   の供給により決められた方向に回転しながら上記のウェ
   ーハ・ステージの上のウェーハの表面に存在する不純物
   ガスが上記の排出手段の出口部の方に強制送風されるよ
   うにする吸入手段とにより構成されることを特徴とする
   半導体の製造工程で使用される膜の厚さの測定装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体の製造工程で使用
   される膜の厚さの測定装置において、 上記の排出手段は、所定の大きさの内径を有する排気チ
   ューブであり、 上記の吸入手段は、上記の排気チューブの入口部の方に
   設置される吸入パンであることを特徴とする半導体の製
   造工程で使用される膜の厚さの測定装置。